什么是实体关系图(ERD)?

数据库是软件系统中不可或缺的一个组成部分,若能在数据库工程中好好利用 ER 图,便能让您生成高质量的数据库设计,用于数据库创建,管理和维护,也为人员间的交流提供了具意义的基础。

实体关系图(ERD)

今天,我们将为你深入介绍 ER 图表。通过阅读本ERD指南,您将获得有关 ER 图和数据库设计的基本知识和技能。你会学到什么是 ERD,为什么要绘制 ERD,ERD 符号,如何绘制 ERD 等,以及一堆 ERD 示例。

什么是实体关系图(ERD)?

首先,什么是实体关系图?

实体关系图也被称为 ERD、ER 图、实体联系模型、实体联系模式图或 ER 模型,是一种用于数据库设计的结构图。一幅 ERD 包含不同的符号和连接符,用于显示两个重要的資訊: 系统范围内的主要实体,以及这些实体之间的相互关系

这也就是为什么它被称为“实体”“关系”图 (ERD)啊!

当我们谈论 ERD 中的实体时,我们经常提到诸如人员/角色(例如学生),有形商业对象(例如产品),无形商业对象(例如日志)等业务对象。“关系”則是这些实体在系统内的相互关联。

实体关系图表达了对象间的关系

在典型的 ER 设计中,可以找到诸如圆角矩形和 (Rounded rectangle) 连接符(具有不同样式的末端)的符号来描述实体,它们的属性和相互关系。

何时绘制ER图?

那么,我们该在什么时候绘制ER图呢?虽然ER模型大多是为展示概念和设计物理数据库而绘制的,但也有别的用途的,以下是一些典型的用例。

  • 数据库设计 - 直接在数据库更改数据库结构会有风险, 为避免破坏数据库中的数据,我们得仔细规划一切变更。通过绘制 ER 图来展示数据库设计意念,您能轻松找出错误和识别设计缺陷,并在执行数据库更改之前作出修正。
  • 数据库调试 - 调试数据库问题往往具挑战性,特别是当数据库包含许多表时,你我编写复杂的SQL来获取所需的信息。通过 ERD 来展示数据库结构,您可以全面地了解整个数据库的结构。您可以轻松找到实体,查看其属性并确定与别的实体的关系,有助您更轻松地找出数据库的问题。
  • 数据库创建和修补 - 像 Visual Paradigm 这样的 ERD 软件支持数据库生成工具,可以通过ER图来自动生成和修补数据库。使用这个 ER 图工具,您的ER设计不再仅仅是一个静态图,而是一个真实反映物理数据库结构的镜像。
  • 帮助收集需求 - 您可以通过绘制 ERD 来表达系统中的高级业务对象以用于确定系统的需求。这种初始模型也可以演化为物理数据库模型,用于创建关系数据库,或为创建流程图和数据流模型提供有力的参考。

ERD 符号指南

ER 图包含实体,属性和关系。在本节中,我们将详细介绍各 ERD 符号。

实体

ERD 实体是一个系统内可定义的事物或概念,如人/角色(例如学生),对象(例如发票),概念(例如简介)或事件(例如交易)(注:在 ERD 中,术语“实体”通常用来代替“表”,但它们是一样的)。在考慮实体时,嘗試把它们想成名词。在 ER 模型中,实体显示为圆角矩形,其名称位于上方,其属性列在实体形状的主体中。下面的 ERD 示例显示了 ER 实体的一个用例。

实体(实体关系图)

实体属性

也称为列 (Row),意思是持有它的实体的属性或特性

一个属性有一个描述属性的名称和一个描述属性种类的类型,例如代表字符串的 varchar,整数的 int。当为物理数据库开发绘制 ERD 时,得使用目标 RDBMS 支持的类型,以確保設計和物理数据库的一致性。

下面的 ER 图示例显示了一個包含属性的实体。

实体属性(实体关系图)

主键 (Primary Key)

主键又称 PK,是一种特殊的实体属性,用于界定数据库表中的记录的独特性。一个表不能有两笔(或更多)拥有相同的主键属性值的记录,像是身份证明内的 ID 便是典型的例子,两个人即使性名相同,ID 是不会一样,若身份证明是个表,那ID 便是主键了。下面的 ERD 示例显示了拥有主键属性 “ID” 的实体 “Product”,以及数据库中表记录的预览。第三个记录是无效的,因为 ID 'PDT-0002' 的值已被另一个记录使用。

主键(实体关系图)

外键 (Foreign Key)

外键又称外来键和外部键,是对主键的引用,用于识别实体之间的关系。请注意,有别于主键,外键不必是唯一的,多个记录可以共享相同的值。下面的 ER Diagram 示例显示了一个包含一些列的实体,其中一个外键用于引用另一个实体。

外键(实体关系图)

关系

两个实体之间的关系表示这两个实体以某种方式相互关联。例如,学生可能参加课程。实体“学生”因此与“课程”相关,而这关系则在 ER 图中以连接线表达着。

基数 (Cardinality)

基数定义了一个实与另一个实体的关系里面,某方可能出现次数。例如,一个团队有许多球员,若把这关系呈现于 ERD 时,团队和球员之间是一对多的关系。

在 ER 图中,基数表示为连接线端的乌鸦脚。三种常见的主要关系是一对一,一对多和多对多。

一对一的基数的例子

一对一关系主要用于将实体分成两部分,简洁地将资讯呈现,使读者更容易理解。下图显示了一对一关系的示例。

一对一的基数的例子
一对多的基数的例子

一对多关系是指两个实体 X 和 Y 之间的关系,其中 X 的一个实例可以链接到Y的许多实例,而 Y 的一个实例仅链接到 X 的一个实例。下图显示了一对多关系的一个例子。

一对多的基数的例子
多对多的基数的例子

多对多关系是指两个实体 X 和 Y 之间的关系,其中 X 可以被链接到 Y 的许多实例,反之亦然。下图显示了一个多对多关系的例子。请注意,多对多关系在物理 ERD 中被分成一对一对多的关系,你会在下一节中學到什麼是物理 ERD。

多对多的基数的例子

概念,逻辑和物理数据模型

ER 模型通常被绘制成最多三个抽象层次上:

虽然 ER 模型的三个层次都包含有属性和关系的实体,但它们的创建目的和目标受众都不同。

一般而言,业务分析人员使用概念和逻辑模型来展示系统中存在的业务对象 (Business Object),而数据库设计人员或数据库工程师會為概念和逻辑ER模型加入更详细的資訊,進而生成反映物理模型结构的物理数据模型,好為创建数据库作準備。下表列出了三种数据模型之间的差异。

概念模型 vs 逻辑模型 vs 数据模型:

ERD功能 概念 逻辑 物理
实体(名称)
关系
列的类型 随意
主键
外键

概念数据模型

概念性 ERD 表达了系统中该存在的业务对象以及它们之间的关系。建立概念模型,是为了通过识别所涉及的业务对象来呈现系统的宏观图像。概念数据模型定义了哪些实体存在,而非哪些表。例如,逻辑或物理数据模型中可能存在“多对多”表,但在概念数据模型下,它们只会表示为无基数的关系。

概念数据模型示例

概念数据模型

注意:概念性 ERD 支持使用泛化 (Generalization) 来表达两个实体之间的“一种”关系,例如三角形是一种形状,这个用法就像UML中的泛化一样。请注意只有概念 ERD 支持泛化。

逻辑数据模型

逻辑 ERD 是概念 ERD 的详细版本,通过明确定义每个实体中的列并引入操作和事务实体 (Transactional Entities)来让概念模型丰富起来。虽然逻辑数据模型仍流于高层次的设计(非为特定数据库系统而绘画),但如果会影响数据库的设计,在绘制逻辑数据模型时仍然可酌情调整。

逻辑数据模型示例

逻辑数据模型

物理数据模型

物理 ERD 是数据库的实际设计蓝图。物理数据模型通过为每列指定类型 (Type),长度 (Length),可为空 (Nullable) 等来详细阐述逻辑数据模型。由于物理 ERD 表達了如何在特定的 DBMS中构造和关联数据,因此在設計時要考虑到实际的数据库系统的需要和局限,倒如确保 DBMS 支持某列类型,并在命名实体和列中避用某些保留字 (Reserved Words)。

物理数据模型示例

物理数据模型

如何绘制 ER 图?

如果您发现绘制 ER 图很难,请不要担心,在本节中我们将给你一些 ERD 提示。尝试按照以下步骤以了解如何有效地绘制 ER 图吧。

  1. 确保你清楚知道绘制 ERD 的目的。您是否试图呈现涉及业务对象定义的整体系统架构?或者你正在开发一个准备用于数据库创建的 ER 模型?您必须明了开发 ER 图的目的,方可使用合适的模型层次(概念/逻辑和物理)来迎合您所需 (请阅读概念,逻辑和物理数据模型部分了解更详细信息)
  2. 确保你清楚模型的范围。了解建模范围可以防止在设计中包含冗余实体和关系。
  3. 画出范围内的主要实体。
  4. 通过添加列来定义实体的属性。
  5. 仔细检查 ERD 并检查实体和列是否足以存储系统的数据。如果不是,请考虑添加其他实体和列。通常,您可以在此步骤中确定一些事务 (Transactional),操作 (Operational) 和事件 (Event) 实体。
  6. 考虑所有实体之间的关系,将它们联系起来,並寫上正確的基数(例如客户和订单之间的一对多关系)。如果有任何实体沒有被連接上,请不要担心,虽然這不常见,但它是合法的。
  7. 使用数据库规范化技术 (Database Normalization)重构实体,以减少冗余数据和提高数据完整性。例如,“制造商”的資訊可能最初存储在“产品”实体下,透過规范化过程,您可能会发“制造商”的记录不断重复,您便可将其拆分为单独的“制造商”实体,并使用外键將“产品”和“制造商”連接起來。

数据模型的例子

ERD 示例 - 电影租赁系统

ERD 示例 - 电影租赁系统

ERD 示例 - 贷款系统

ERD 示例 - 贷款系统

ERD 示例 - 在线商店

ERD 示例 - 在线商店

使用ERD和数据流图(DFD)

在系统分析和设计中,可以绘制数据流图(DFD) 来展现系统流程中的信息流。在数据流图中,有一个名为数据储存 (Data Store)的符号,它代表一个提供系统所需信息的数据库表。

使用 ERD 和数据流图(DFD)

由于物理 ER 图提供了实际数据库的蓝图,因此这种 ERD 中的实体与 DFD 中的数据存储一致。您可以 ERD 作为 DFD 的补充,以表达信息的结构;或以 DFD 补充 ERD,以显示系统在运行时如何运用数据。

ER 图数据储存模型

使用ERD和BPMN业务流程图(BPD)

在业务流程映射中 (Business Process Mapping),可以绘制 BPMN 业务流程图 (BPD) 以展示业务工作流程。在业务流程图中,有一个称为数据对象(Data Object)的符号,表示在流程输入/输出的数据。

使用 ERD 和 BPMN 业务流程图(BPD

由于概念和逻辑数据模型提供了系统内业务对象的高级视图,因此此类 ERD 中的实体与 BPD 中的数据对象一致。您可绘制 ERD 作为 BPD 的补充,以表示业务工作流程所需的数据对象的结构;或以 BPD 補充 ERD,以显示在整个业务流程中如何運用数据。

BPMN 数据对象(以 ER 图表达)

选择一个ERD工具

制作 ERD 数据模型需要时间和精力,而一个有用的数据库设计工具则能大大减省你花费的时间和精力。 Visual Paradigm 不仅为您提供 ERD 工具,还提供了一组可视化建模功能,助您更快、更轻松地绘制实体关系图。它支持当今市场上最流行的数据库管理系统,是数据库设计、数据库生成和实体关系图逆转的好帮手。

支持广泛的 DBMS

Visual Paradigm Modeler 支持 ERD 设计工具,月费仅为6 美元!我们建议你下载并尝试一下,你将获得 30 天免费试用。

Turn every software project into a successful one.