本篇文章將說要說如何設計mongodb的架構，讓你可以更快速的使用mongodb。

• 資料庫的正規化(文鄒鄒)。
• mongodb正規化與反正規化。
• 該選用那個方法呢 ?

~ 正規化 ~

在開始討論mongodb架構時，有個東西要先講講，那就是『正規化』與『反正規化』，有使用過資料庫的應該都有聽過這名詞，不過這邊還是來解釋解釋，順到回憶一下。

首先什麼是正規化呢 ? 根據wiki的定義。

Database normalization is the process of organizing the fields and tables of a relational database to minimize redundancy and dependency.

中文意思為。

資料庫正規化就是指將關聯式資料庫的欄位與表單進行讓『資料重複性與相依性』能夠降到最低的組織過程。

是的，真的很文鄒鄒，不過我們只要知道正規化的目的是解決資料的『重複性』與『相依性』這兩個點就夠囉，資料庫正規化有一些規則，每條規則都稱為『正規形式』，符合第一條規則就稱為『第一正規形式』，總共有不少條，但通常到『第三正規形式』就被視為最高級的正規形式， 下面來簡單的說明一下這幾條規則。

第一正規形式

以下條列為第一正規形式的規則，事實上重點還是在說『不要有重複群組』。

• 刪除各個資料表中的重複群組。
• 為每一組關聯的資料建立不同的資料表。
• 使用主索引鍵識別每一組關聯的資料。

我們假設資料為每個人的交易資料，下表為違反正規化的資料結構，因為它有重複的群組Volume，並且也缺少主索引鍵來識別每一組關聯的資料。

如果要符合第一正規形式大概要長的像降。

第二正規形式

以下條列為第二正規形式的規則，重點在於『去除相依性』。

• 為可套用於多筆記錄的多組值建立不同的資料表。
• 使用外部索引鍵，讓這些資料表產生關聯。

我們沿用第一正規形式的資料，但給他多加一筆欄位age，是的這個範例是違反第二正規形式，其中它的Age相依於Name，但是它不應該依賴資料表主索引鍵(TradeId)之外的索引鍵。

所以上表如果要修改為符合第二正規形式的結構要拆分為兩個表交易訂單資料與交易者資料。

交易訂單資料

交易者資料

第三正規形式

• 刪除不依賴索引鍵的欄位。

下表為交易訂單的資料，但我們在這表上增加兩個欄位Price和Total，但實際上這已經違反了第三正規形式，非主鍵欄位之間不能有依賴關係，Total依賴了Volume與Price，所以如果要符合，就要把Total給砍囉。

交易訂單資料

MongoDB 中的正規化與反正規化

Mongodb 正規化範例

上面的章節中我們已經大致上了解正規化是什麼意思，這邊再簡單的用mongodb的結構來複習一次，正規化就是將資料分散到多個不同的collection，不同collection之間可以相互引用資料，所以找資料時，只要join(在關聯式時)就好，但mongodb沒join……，只能多次搜尋了。

下面運用簡單的交易資訊來建立mongodb正規化的結構。

交易資料的 collection

{ "tradeId" : 1 , "userId" : "001", "date" : 20160101 , "volume" : 10}
{ "tradeId" : 2 , "userId" : "002", "date" : 20160102 , "volume" : 20}
{ "tradeId" : 3 , "userId" : "003", "date" : 20160103 , "volume" : 30}

然後另一個collection為交易者的資料。

// 交易者的 collection

{ "userId" : "001" , "name" : "mark" ,"age" : 20}
{ "userId" : "002" , "name" : "jiro" ,"age" : 35}
{ "userId" : "003" , "name" : "ian" ,"age" : 25}

但這種有什麼缺點呢 ? 上面有提到搜尋時，需要搜尋兩次才能找到全部的資料，假設我們要尋找交易單號為1的交易者資訊，就需要搜尋兩次才能找到，如下。

db.trades.find({ "tradeId" : 1 },function(err,trade){
	var userId = trade.userId;
	
	db.users.find({"userId" : userId},function(err,user){
		XXXXXXX
	});
})

那優點是啥 ? 就是更新時很方便，如果mark這位交易者的年齡打錯了，要修改只要針對user collection的進行修改。

db.user.udpate({"name" : "mark"},{"$set" : { "age" : 18} })

MongoDB 反正規化範例

而反正規化則相反，將每個document中所需要資料都建立成子文件形式，如果有資料要更新，那麼所有的document都需要進行更新，但在搜尋時，只需要尋找一次，就可以得到所有數據，理論上來說應該是比正規化速度還快。

以下將以交易資料來說明mongodb的反正規化資料結構。

交易資料的 collection

{ 
  "tradeId" : 1 , "date" : 20160101 , "volume" : 10 ,
  "user" : {
  	"name" : "mark",
  	"age" : 20
  }
}
{ 
  "tradeId" : 2 , "date" : 20160102 , "volume" : 20 ,
  "user" : {
	"name" : "jiro",
	"age" : 35  
  }
}
{ 
  "tradeId" : 3 , "date" : 20160103 , "volume" : 30 , 
  "user" : {
  	"name" : "Ian",
  	"age" : 25
  }
}

這樣要尋找交易單為1的交易人資訊非常的簡單，如下。

db.trades.find({ "tradeId" : 1})

但如果要更新交易人的資訊，那就比較麻煩了，因為它就要尋找所有交易單裡的交易人進行修改囉，這樣當然比正規化的慢多囉。

何時使用正規化 ? 何時使用反正規化

我們根據MongoDB權威指南所列出的原則來看看。

簡單的說明一下上述的原則

• 子文檔大小 : 合理，子文件太大時有可能會超過mongodb的限制，每個document大小16MB這項限制，拆開來存成另一個document，就可以避免這問題。
• 資料改變頻率 : 就如同上面的例子，反正規化更新比較麻煩也廢時，正規更新較快。
• 資料一致性 : 也就是說反正規化可能會發生某筆交易單的交易人mark的年紀和另一筆交易單的mark年紀不一致的狀況，因為還沒全部更新完，就有人搜尋了。
• 資料增加幅度 : 似乎與第一項子文檔大小相似的原理。

~ 結語 ~

本篇文章簡單的說明完正規化與反正規化的問題，基本上要選擇用那種來設計你的MongoDB，還是要看看你的需求才能決定，如果真的難以決定，只要記好一個原則，依使用率最高的功能來進行設計，嗯……個人的想法。

P.S 又快g的感覺 ~ 各位+u^17 ~

~ 參考資料 ~

• https://www.mongodb.com/blog/post/6-rules-of-thumb-for-mongodb-schema-design-part-1
• https://blog.toright.com/posts/4483/mongodb-schema-%E8%A8%AD%E8%A8%88%E6%8C%87%E5%8D%97.html
• https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%BA%93%E8%A7%84%E8%8C%83%E5%8C%96