Database Schema Design

1. Introduction to Database Schema Design

Database Schema เปรียบเสมือนพิมพ์เขียว (Blueprint) ของฐานข้อมูล ซึ่งระบุวิธีจัดระเบียบข้อมูล โครงสร้าง และความสัมพันธ์ระหว่างเอนทิตีข้อมูลต่าง ๆ การออกแบบ Schema ที่ดีมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความถูกต้องของข้อมูล (Data Integrity) ประสิทธิภาพ (Performance) และความสามารถในการขยายระบบ (Scalability)

2. Data Modeling

Data modeling คือกระบวนการสร้างแบบจำลองแนวคิดของข้อมูลที่จะจัดเก็บในฐานข้อมูล รูปแบบข้อมูลที่นิยมใช้มากที่สุดคือ Entity-Relationship (ER) model

• Entities: วัตถุในโลกแห่งความเป็นจริง แนวคิด หรือเหตุการณ์ (เช่น Customer, Product, Order)
• Attributes: คุณสมบัติของ Entity (เช่น Customer มี CustomerID, FirstName, LastName)
• Relationships: ความสัมพันธ์ระหว่าง Entities (เช่น Customer สามารถสร้าง Orders ได้หลายรายการ)

3. Normalization

Normalization คือกระบวนการจัดระเบียบคอลัมน์ (Attributes) และตาราง (Entities) ของฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์เพื่อลดความซ้ำซ้อนของข้อมูล (Data Redundancy)

• First Normal Form (1NF): ตารางต้องมีความเป็นอะตอม (Atomic) แต่ละช่อง (Cell) ต้องมีค่าเดียว ไม่สามารถแบ่งย่อยได้ และแต่ละแถวต้องไม่ซ้ำกัน
• Second Normal Form (2NF): ตารางต้องอยู่ในรูป 1NF และ Attribute ที่ไม่ใช่คีย์ทั้งหมดต้องขึ้นอยู่กับ Primary Key อย่างสมบูรณ์ (Fully Functional Dependency) หมายความว่า Attribute ที่ไม่ใช่คีย์ต้องขึ้นอยู่กับ Primary Key ทั้งหมด ไม่ใช่แค่บางส่วน (ในกรณีที่ Key เป็น Composite Key)
• Third Normal Form (3NF): ตารางต้องอยู่ในรูป 2NF และ Attribute ทั้งหมดต้องขึ้นอยู่กับ Primary Key เท่านั้น ไม่ขึ้นอยู่กับ Attribute อื่นที่ไม่ใช่คีย์ (No Transitive Dependency)

4. Data Types

การเลือกประเภทข้อมูล (Data Types) ที่เหมาะสมสำหรับคอลัมน์มีความสำคัญต่อความถูกต้องของข้อมูลและประสิทธิภาพ

• Numeric Types: INT, BIGINT, DECIMAL, FLOAT เป็นต้น
• String Types: VARCHAR, CHAR, TEXT เป็นต้น
• Date/Time Types: DATE, TIME, TIMESTAMP เป็นต้น
• Boolean Types: BOOLEAN หรือ TINYINT(1)

5. Relationships

• One-to-One: แต่ละแถวในตาราง A สอดคล้องกับแถวเดียวในตาราง B (เช่น User และ UserProfile)
• One-to-Many: แถวในตาราง A สามารถเชื่อมโยงกับหลายแถวในตาราง B แต่แถวในตาราง B เชื่อมโยงได้กับแถวเดียวในตาราง A (เช่น Customer และ Orders ของพวกลูกค้า)
• Many-to-Many: แถวในตาราง A สามารถเชื่อมโยงกับหลายแถวในตาราง B และแถวในตาราง B ก็สามารถเชื่อมโยงกับหลายแถวในตาราง A ได้เช่นกัน โดยปกติจะใช้ตารางกลาง (Junction Table) ในการเชื่อม (เช่น Students และ Courses)

6. Indexing

Index ใช้สำหรับเพิ่มความเร็ในการดึงแถวข้อมูลจากตาราง

• B-Tree Index: ประเภทของ Index ที่พบบ่อยที่สุด เป็นโครงสร้างต้นไม้แบบสมดุลที่เก็บข้อมูลอย่างเป็นระเบียบ ช่วยให้การค้นหา การแทรก การลบ และการเข้าถึงแบบเรียงลำดับมีประสิทธิภาพ
• Hash Index: มีประโยชน์สำหรับการเปรียบเทียบความเท่ากัน แต่ไม่เหมาะกับการค้นหาเป็นช่วง (Range Queries)
• Full-text Index: ใช้สำหรับการค้นหาข้อมูลแบบข้อความ (Text-based search)

7. ACID Properties

ACID คือชุดของคุณสมบัติที่รับประกันว่า Database Transactions จะถูกประมวลผลอย่างน่าเชื่อถือ

• Atomicity: Transaction ทั้งหมดต้องสำเร็จครบถ้วน หรือไม่เกิดขึ้นเลย (all-or-nothing) — หากขั้นตอนใดล้มเหลว ระบบจะ rollback ทุกอย่างกลับ
• Consistency: Transaction ต้องนำฐานข้อมูลจากสถานะที่ถูกต้องหนึ่งไปยังอีกสถานะที่ถูกต้อง ไม่ละเมิด Constraints หรือ Rules ใด ๆ
• Isolation: Transactions ที่ทำงานพร้อมกันต้องไม่มีผลกระทบต่อกัน ราวกับว่าแต่ละ Transaction ทำงานตามลำดับ
• Durability: เมื่อ Transaction ได้รับการ commit แล้ว ข้อมูลจะคงอยู่ถาวรแม้ระบบจะล่ม (เช่น เก็บลง disk)

8. Denormalization

Denormalization คือการจงใจเพิ่มความซ้ำซ้อนของข้อมูล (Redundancy) เพื่อแลกกับประสิทธิภาพในการอ่านข้อมูลที่ดีขึ้น

เมื่อไหรควรใช้:

• ระบบที่มีการอ่านข้อมูลมาก (Read-heavy) และ Query มีความซับซ้อนสูง
• ต้องการลดจำนวน JOIN ที่มีค่าใช้จ่ายสูง
• ระบบ Analytics หรือ Reporting ที่ต้องการความเร็ว

Trade-offs:

• ✅ Query ที่อ่านข้อมูลเร็วขึ้น
• ❌ ข้อมูลซ้ำซ้อน ต้องอัปเดตหลายที่เมื่อข้อมูลเปลี่ยน
• ❌ เพิ่มความเสี่ยงต่อ Data Inconsistency

9. Constraints

Constraints คือกฎที่บังคับใช้กับคอลัมน์ข้อมูลเพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลมีความถูกต้องและเชื่อถือได้

• PRIMARY KEY: ระบุแถวแต่ละแถวในตารางอย่างไม่ซ้ำกัน (Unique Identifier)
• FOREIGN KEY: เชื่อมโยงสองตารางเข้าด้วยกัน
• UNIQUE: รับประกันว่าค่าทั้งหมดในคอลัมน์นั้นแตกต่างกัน
• NOT NULL: รับประกันว่าคอลัมน์นั้นไม่สามารถมีค่าว่าง (NULL) ได้
• CHECK: รับประกันว่าค่าในคอลัมน์เป็นไปตามเงื่อนไขที่กำหนด
• DEFAULT: กำหนดค่าเริ่มต้นสำหรับคอลัมน์เมื่อไม่ได้ระบุค่ามา