課程 22：設計資料模型與索引

學會資料模型設計與 SQL 索引的原理與實作，包含主鍵、外鍵、索引建立與查詢效能最佳化，並輔以圖解與實作練習。

一、什麼是資料模型設計？

• 資料模型設計是規劃資料庫結構的過程。
• 它定義了資料將如何儲存、組織以及表格之間的關係。
• 良好的資料模型是資料庫效能、一致性和可維護性的基礎。

二、主鍵 (PRIMARY KEY)

• 主鍵是用於唯一標識資料表中每一行記錄的一個或多個欄位。
• 它必須包含唯一值，且不能包含 NULL 值。
• 一個資料表只能有一個主鍵。
• 主鍵是建立表格之間關聯的基礎。

範例：在 customers 表中，id 欄位通常設為主鍵。

CREATE TABLE customers (\n    id INT PRIMARY KEY,\n    name VARCHAR(255),\n    email VARCHAR(255)\n);\n

三、外鍵 (FOREIGN KEY)

• 外鍵是用於在兩個資料表之間建立連結的一個或多個欄位。
• 它指向另一個資料表（父表）中的主鍵。
• 外鍵確保了資料的參照完整性 (Referential Integrity)，即子表中的外鍵值必須在父表中存在對應的主鍵值（或為 NULL）。

範例：在 orders 表中，customer_id 欄位是外鍵，它參考 customers 表的 id 欄位。

CREATE TABLE orders (\n    order_id INT PRIMARY KEY,\n    customer_id INT,\n    amount DECIMAL(10, 2),\n    FOREIGN KEY (customer_id) REFERENCES customers(id)\n);\n

四、SQL索引 (INDEX)

• 索引是一種特殊的查找結構，可以加快資料庫查詢的速度。
• 它類似於書的索引，可以幫助資料庫系統快速找到特定的行，而無需掃描整個表格。
• 主鍵和外鍵通常會自動創建索引。
• 過多的索引會降低資料插入、更新和刪除的速度，因為每次修改數據時都需要更新索引。

範例：為 products 表的 name 欄位創建索引，以加快按名稱搜索產品的速度。

CREATE INDEX idx_product_name\nON products (name);\n

五、資料模型設計原則

• 正規化 (Normalization): 減少數據冗餘，提高資料一致性。
• 選擇合適的資料型別: 根據數據特性選擇最適合的資料型別。
• 定義約束: 使用主鍵、外鍵、唯一約束、檢查約束等來確保資料的準確性和完整性。

六、課後小練習

1. 假設您要設計一個簡單的圖書館資料庫，需要儲存書籍信息和讀者信息。請設計兩個表格：books 和 readers，並考慮如何使用主鍵和外鍵建立它們之間的關係（例如讀者借閱書籍的記錄）。
2. 考慮在您設計的圖書館資料庫中，哪些欄位適合建立索引來提高查詢效率？為什麼？