学生信息管理系统开发实战：掌握多数据模型关联关系的设计和使用

前言

我们日常使用的业务系统，核心都是围绕数据展开，基于数据变化出无穷的可能。本篇文章将基于《学生信息管理系统》这样浅显易懂的场景，介绍如何设计和创建模型，如何在多模型之间建立复杂的关联关系，以及如何在云开发平台中实际操作数据。

1. 数据模型设计范式

1.1 关系型数据库设计范式

数据模型就是基于业务的深刻理解抽象出数据存储的框架，最终落实到实际使用中使数据的读写具有可靠性、扩展性和高效率，从而提升生产效率带来效益。

在传统业务应用开发过程中，首先最重要的是对数据库做好设计构建，其理论依据则是上世纪 70 年代提出的“数据库三范式”:

• 第一范式（1NF）表中的每一列都是不可拆分的，即保证列的原子性。

• 第二范式（2NF）表中必须存在主键，且普通字段必须和主键相关，即保证主键列的完全依赖。

• 第三范式（3NF）表中非主键字段不应互相依赖，即避免依赖传递。

随着时代向前演进，为了满足日益复杂的业务系统要求，范式成员中又陆续新增了BCNF、4NF、5NF 等更多的范式，高阶范式一定满足低阶范式要求且范式设计越高阶，表的精细化越高，冗余度就越低。

1.2 反范式设计

既然数据库范式是减少冗余，那顾名思义，“反范式”就是增加冗余。事实上，在面对有些业务场景时，过于追求范式设计，会将拆分更多原子表，在数据整合时也会更多使用联表操作，联表本身就带来了复杂性和性能损耗，所以适当增加冗余反而更能高效率的完成查询任务，是一种“用空间换时间”的做法。

冗余，在提高查询性能的同时会增加数据写入的难度，通常需要双写或多写来保证冗余字段的一致性问题，所以开发者应精准识别业务中可提升性能、有价值的字段进行反范式设计。

1.3 数据模型设计范式

综上所述，数据模型设计范式基本沿用关系型数据库范式：将表抽象为模型，将列抽象为字段，按照具体业务需求合理设置模型中的字段，系统已为每个模型固定内置了主键 “_id” 作为数据标识，开发者无需关心主键，只需要在模型中创建模型直接依赖的字段即可，适当增加冗余。

2. 数据模型创建与关联关系定义

接下来，我们以《学生信息管理系统》为需求背景，从数据库E-R设计延伸出数据模型设计，直到生产中如何使用模型操作数据。

说明：以下截图均来自云后台数据管理界面，点击阅读原文登录

2.1 业务模型 E-R 图

《学生信息管理系统》主要做学生相关数据管理，其中包含多对一、多对多和一对一关系，如下图所示：

2.2 创建模型

基于业务需求，我们整理成表格信息，首先我们先依次创建出每个模型单体，不考虑关联关系。说明：

• 红色表示多对一关系

• 绿色表示多对多关系

• 黄色表示一对一关系

• 关联关系方便展示，本小节先不关心，在下一小节使用

创建模型时，统一使用云后台-数据管理-从空白创建-云开发MySQL数据库

如果mysql数据库未初始化，可点击下方的初始化按钮，再继续操作

• 创建学生模型

如果没有性别枚举，可以在创建时新建选项集

• 创建班级模型

• 创建课程模型

• 创建学籍信息模型

2.3 创建关联关系

接下来我们来为模型建立关联关系，在云开发数据管理中关联关系是成对出现的，例如在学生和班级关系中（多对一关系），班级是学生的父模型（一方），那么学生就是班级的子模型（多方）。当我们成功为学生模型创建多对一关系关联班级模型后，班级模型中就会出现一对多关系关联学生模型。此时关联关系字段会自动关联目标模型的数据标识，即主键。

说明：

1. 在编辑模式下，可以通过”添加一列“来继续创建关系字段

2. 为了方便后续直观识别关系字段，我们将关系字段命名按照两个模型标识表示，如学生关联班级的字段是student_class，那么班级中成对的字段就是class_student，其他关系如是

3. 在建立关系时，一定要分清当前主模型和关联模型的父子关系，从而选择对应字段类型

• 创建学生-班级多对一关系

• 创建学生-课程多对多关系

• 创建学生-学籍一对一关系

• 学生关联关系概览

• 班级、课程、学籍中对应的关系

将所有的模型都创建完毕，物理层的数据库存储也伴随模型而创建，接下来对数据进行操作。

3. 数据模型的物理意义

数据模型是业务需求的抽象，属于逻辑层含义，但实际进行数据存储和处理的还是物理层的数据库，为了更形象的解释其对应关系，我们采用关系型数据库 SQL 作为参照说明。

以下给出的 SQL 仅为了解释映射关系，而非实际存储

• 数据模型到物理存储

有同学肯定会问：既然模型字段和数据库列是一一对应的，为什么还需要数据模型，直接操作DB岂不更加直接明了？

1. 首先，模型更容易理解更贴近自然语言，就好比面向对象语言之于汇编语言、 AIGC 之于人工智能、矿泉水之于冰山融雪...一一对应只是在当前业务场景下，更复杂的企业级模型可不一定哦

2. 其次，模型更贴近业务的使用者而非底层逻辑的实现者，两者点亮的技能树不同

3. 最后，模型身处逻辑层，屏蔽了来自物理层数据库的复杂设计和使用，最重要的是模型可以对接纷繁复杂眼花缭乱的各路数据库产品，云开发为广大开发者不仅提供了关系型数据库MySQL，还包括 NoSQL 数据库选项，都可以通过同一种模型接入

• 关联关系物理意义

1. 前文不断强调要识别多对一和一对多关系中的父子模型概念，在数据模型中，这两者关系都是通过子模型的关联字段来维护的。比如“学生-班级”是多对一关系，学生是子模型班级是父模型，那么关联关系值的物理存储位置一定是子模型学生的关联列student_class

2. 从上图 SQL 可以看出，在多对多关系中，关联关系并不维护在某一方模型，而是会有中间模型来维护，该中间模型不具有业务属性，而仅仅作为多对多关系维系的纽带，所以它并不开放给开发者

3. 一对一 关系是特殊的多对一（或一对多）关系，物理存储位置同后者

以上，我们只是对模型和物理存储做浅尝即止的解释，为求在模型设计和数据操作时有更直观的理解，接下来我们利用创建好的模型做实机数据演示。

4. 数据操作

4.1 创建数据

• 通过控制台，依次创建班级、课程、学生数据，最后创建学籍数据并绑定学生信息

• 如果使用sdk创建可参考下列方式，请点击使用文档 https://docs.cloudbase.net/model/introduce/

// 创建班级
const { data } = await models.class.createMany({data: [{name: "1班",  grade: "一年级"},{name: "2班",  grade: "一年级"}
],
});// 创建课程
const { data } = await models.course.createMany({data: [{name: "语文",  code: "001"},{name: "数学",  code: "002"}
],
});// 创建学籍信息
const { data } = await models.profile.createMany({data: [{code: "01",  address: "北京朝阳区"},{code: " 02",  address: "上海虹桥区"}
],
});// 创建学生
const { data } = await models.student.createMany({data: [{"name": "小明","birth": 6,"gender": "1",// 建立学籍一对一关系，_id为学籍数据标识"student_profile": {"_id": "9ZRF3VHQR6"},// 建立班级多对一关系，_id为班级数据标识"student_class": {"_id": "9ZREB4QKDS"},// 建立课程多对多关系，_id为课程数据标识"student_course": [{"_id": "9ZREE51ERE"},{"_id": "9ZREDFX4G8"}]},],
});

• 为了方便在控制台查看，重新编辑模型，将学生姓名、班级名称、课程名称、学籍编号设置为“主展示列”。

我们创建好的两条学生数据如下:

4.2 数据查询

用如下几个场景介绍关联关系的查询。

• 查询一年级 2 班所有的男生信息，包括班级、学籍和学习课程信息。

const { data } = await models.student.list({
// 展示参数，如果只展示当前模型非关联数据，可以使用 select:{$master:true}select: {_id: true,name: true,birth: true,gender: true,// 展示结果包含关联课程信息(多对多)student_course: {name: true,code: true},// 展示结果包含班级信息(多对一)student_class: {name: true,grade: true},// 展示结果包含学籍信息(一对一)student_profile: {code: true,name: true}},// 筛选条件，where指当前主模型条件；relateWhere指当前关联模型条件，其中relateWhere内的第一级参数为当前模型的关联字段，where内字段为关联模型字段filter: {// 条件：男生where: {$and: [{gender: {$eq: "1"}}]},// 条件：一年级 2 班relateWhere: {student_class:{ // 学生模型关联字段where: {$and:[{grade: {$eq: "一年级"}  // 班级模型字段},{name: {$eq: "2班"}  // 班级模型字段}]}}}},pageSize: 10,   // 分页pageNumber: 1,  // 当前页数getCount: true  // 查询数据总数}
});// 返回查询到的数据列表 records 和 总数 total
console.log(JSON.stringify((data)));// return
//{  
// "records": [  
//   {  
//     "student_class": {"grade": "一年级","name": "2班","_id": "9ZREB4QKDS"},  
//     "gender": "1",  
//     "student_profile": {"code": " 02","_id": "9ZRF3VHQR6"},  
//     "name": "小明",  
//     "birth": 6,  
//     "_id": "9ZREQJ0MPW",  
//     "student_course": [  
//       {  
//         "code": "001",  
//         "name": "语文",  
//         "_id": "9ZREDFX4G8"  
//       },  
//       {  
//         "code": " 002",  
//         "name": "数学",  
//         "_id": "9ZREE51ERE"  
//       }  
//     ]  
//   }  
// ],  
// "total": 1  
//}

查询所有学生信息，按姓名字典序排序

const { data } = await models.student.list({
select: {$master:true  // 展示学生模型所有非关联字段},filter: {where: {}},orderBy:[{name: "DESC"}],pageSize: 10,pageNumber: 1,getCount: true});

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