Определение ограничений целостности. Разделы на этой странице

Рассмотрены вопросы, необходимые разработчику для создания клиент-серверных приложений с использованием СУБД Firebird, явившейся развитием СУБД Borland Interbase 6. Содержится обзор концепций и моделей архитектуры клиент/сервер, а также практические рекомендации по работе с клиентскими библиотеками Firebird. Детально описаны особенности типов данных SQL, язык манипулирования данными (Data Manipulation Language, DML), а также синтаксис и операторы языка определения данных (Data Definition Language, DDL). Большое внимание уделено описанию транзакций и приведены советы по их использованию при разработке приложений. Описано программирование на стороне клиента и сервера написание триггеров и хранимых процедур, создание и использование событий базы данных, обработка ошибок в коде на сервере и многое другое. Материал сопровождается многочисленными примерами, советами и практическими рекомендациями.

Для разработчиков баз данных

Книга:

Ограничение PRIMARY KEY

Разделы на этой странице:

Ограничение PRIMARY KEY

PRIMARY KEY является ограничением целостности на уровне столбца - набор поддерживаемых правил, - которое формально отмечает столбец или группу столбцов как уникальный идентификатор для каждой строки в таблице.

Если вы пришли в Firebird из СУБД, которые поддерживают концепцию "первичного индекса" для определения ключа (обычно основанные на файлах системы, такие как Paradox, Access и MySQL), то Firebird и мир стандартов SQL вам понятны. Первичный ключ является не индексом, а ограничением. Одним из правил для такого ограничения является то, что ограничение должно иметь определенный уникальный индекс из одного или более связанных с ним непустых элементов.

Простое создание такого индекса не создает первичный ключ. При этом создание ограничения первичного ключа приводит к созданию требуемого индекса, состоящего из столбцов, перечисленных в объявлении этого ограничения.

ВНИМАНИЕ! Не надо импортировать существующий "первичный индекс" из наследуемой системы, основанной на файлах, или создавать такой индекс в ожидании объявления ограничения первичного ключа. Firebird не может накладывать ограничение первичного ключа поверх существующего индекса - по крайней мере в существующих версиях, включая 1.5, - а оптимизатор запросов не будет правильно работать при дублировании индексов.

Таблица может иметь только один первичный ключ. Когда вы определяете ограничение, Firebird автоматически создает требуемый индекс, используя множество именованных правил. Имена индексов первичных ключей обсуждаются далее.

ВНИМАНИЕ! Если вы конвертируете базу данных в Firebird из любого другого источника за исключением InterBase или Oracle, то вы должны обратить особое внимание на схему в отношении имен и ограничений первичного ключа.

Хотя само ограничение PRIMARY KEY не является ссылочным ограничением, оно обычно является обязательной частью любого ссылочного ограничения, будучи потенциальным объектом предложения REFERENCES ограничения FOREIGN KEY. Подробности см. в главе 17.

Выявление столбцов в качестве кандидатов на первичный ключ выходит за рамки данного издания. Много прекрасных книг было написано о нормализации, процессе сокращения избыточности и повторяющихся групп в наборах данных, а также о правильной идентификации элемента, который уникальным образом представляет одну строку в таблице. Если вы новичок в реляционных базах данных, то затраты на изучение хорошей книги по моделированию данных не будут слишком большими.

Кандидат в первичные ключи, который может быть одним столбцом или группой столбцов, имеет два обязательных требования.

* Атрибут NOT NULL должен быть объявлен для всех столбцов в группе из одного или более столбцов. Целостность ключа может быть осуществлена только сравнением значений, a NULL не является значением.

* Столбец или группа столбцов должны быть уникальными - т. е. не может в таблице появиться более одной строки с теми же значениями. Например, номер водительских прав или социального обеспечения могут рассматриваться как кандидаты, потому что они генерируются системами, которые не допускают дубликатов номеров.

К этим теоретическим "установкам" должна быть добавлена третья.

* Общий размер кандидата в ключи должен быть 252 байта или меньше. Дело здесь не просто в подсчете символов. Этот лимит должен быть уменьшен - в некоторых случаях радикально - если присутствует несколько столбцов, недвоичная последовательность сортировки или многобайтовый набор символов.

Используя таблицу EMPLOYEE базы данных employee.fdb из каталога /examples корневого каталога Firebird (employee.gdb в версии 1,0.x), давайте посмотрим, как реальные данные могут привести к ошибочности ваших теоретических предположений об уникальности. Вот объявление, которое показывает имеющие смысл данные, хранимые в этой таблице:

CREATE TABLE EMPLOYEE (

FIRST_NAME VARCHAR(15) NOT NULL,

/* предположение: служащий должен иметь имя */

LAST_NAME VARCHAR(20) NOT NULL,

/* предположение: служащий должен иметь фамилию */

PHONE_EXT VARCHAR(4),

HIRE_DATE DATE DEFAULT CURRENT_DATE NOT NULL,

DEPT_NO CHAR(3) NOT NULL,

JOB_CODE VARCHAR (5) NOT NULL,

JOB_GRADE SMALLINT NOT NULL,

JOB_COUNTRY VARCHAR(15) NOT NULL,

SALARY NUMERIC (15, 2) DEFAULT 0 NOT NULL,

FULL_NAME COMPUTED BY FIRST_NAME || " " || LAST_NAME) ;

Фактически эта структура не имеет кандидата в ключи. Невозможно идентифицировать одну строку служащего, используя (FIRST_NAME, LAST_NAME) в качестве ключа, поскольку комбинация двух элементов с вероятностью от средней до высокой может дублироваться в организации. Мы не сможем сохранить записи двух служащих с именем John Smith.

Для получения ключей необходимо что-то изобрести. Это "что-то" - механизм, известный как суррогатный ключ.

Мы уже рассматривали суррогатный ключ во вводной теме о ключах в главе 14. Суррогатный первичный ключ - значение, гарантирующее уникальность и не имеющее смыслового содержания, которое используется в качестве заменителя ключа в структуре таблицы, которая не может предоставить кандидата на ключ в собственной структуре. По этой причине в таблицу EMPLOYEE добавляется EMP_NO (объявляется через домен) для выполнения роли суррогатного ключа:

CREATE DOMAIN EMPNO SMALLINT ;

ALTER TABLE EMPLOYEE

ADD EMP_NO EMPNO NOT NULL,

ADD CONSTRAINT PK_EMPLOYEE

PRIMARY KEY(EMP_NO) ;

Эта база данных также содержит генератор с именем EMP_NO_GEN и триггер Before insert (перед добавлением) с именем SET_EMP_NO для таблицы EMPLOYEE для получения значения данного ключа в момент добавления новой строки. В разд. "Реализация автоинкрементных ключей" главы 31 эта техника описывается в деталях. Это рекомендованный способ реализации суррогатных ключей в Firebird.

Возможно, вам захочется рассмотреть преимущества использования суррогатного первичного ключа не только в случае, когда таблица не может предложить кандидата, но также и в случаях, где ваш кандидат в ключи является составным.

В процессе анализа данных иногда в структуре данных можно отыскать единственный уникальный столбец. Теория советует найти два или более столбцов, сгруппированных вместе в качестве ключа, которые будут гарантировать уникальность строки. Когда множество столбцов объединяются для формирования ключа, такой ключ называется составным ключом (composite key) или иногда сложным ключом.

Если вы имеете опыт работы с такими СУБД, как Paradox, где использовали составные ключи для реализации иерархических отношений, вам, вероятно, будет тяжело расстаться с мыслью, что вам придется жить без них. Пока еще на практике составные ключи должны рассматриваться очень ограниченно в таких СУБД, как Firebird, где не выполняется проход по физическим индексным структурам на диске для реализации отношений.

В Firebird нет необходимости в составных индексах и, более того, составные индексы создают некоторые проблемы как для разработки, так и для производительности в случае больших таблиц.

* Составные ключи обычно являются составленными из неатомарных элементов ключа- т.е. выбранные столбцы имеют смысловое значение (они являются "значимыми данными") и, несомненно, уязвимы для внешних изменений и ошибок ручного ввода.

* Внешние ключи из других таблиц, которые ссылаются на эту таблицу, будут дублировать каждый элемент составного ключа. Ссылочная целостность подвергается риску при использовании неатомарных ключей. Комбинация неатомарных элементов увеличивает риск.

* Ключи - внешние, так же как и первичные - имеют постоянные индексы. Составные индексы имеют более строгие ограничения по размеру, чем индексы из одного столбца.

* Составные индексы имеют тенденцию к большим размерам. Большие индексы используют больше страниц базы данных, что приводит к тому, что индексные операции (сортировка, соединение и сравнение) выполняются медленнее, чем необходимо.

Рекомендуется на практике не включать в первичные и внешние ключи любые столбцы, имеющие смысл как данные. Это нарушает один из основных принципов проектирования реляционных баз данных- атомарность. Принцип атомарности требует, чтобы каждый элемент данных полностью существовал сам по себе с единым внутренним правилом управления его существованием.

Чтобы первичный ключ был атомарным, нужно быть вне человеческих решений. Если люди составляют его или классифицируют его, он не является атомарным. Если он является субъектом любого правила за исключением требований NOT NULL и уникальности, он не является атомарным. В приведенном ранее примере даже водительские права или номер социального обеспечения не соответствуют требованиям атомарности для первичного ключа, потому что они являются субъектами внешних систем.

Можно использовать несколько вариантов синтаксиса для назначения ограничения PRIMARY KEY столбцу или группе столбцов. Все столбцы, являющиеся элементами первичного ключа, должны быть предварительно определены с атрибутом NOT NULL. Так как нельзя добавить ограничение NOT NULL в столбец после его создания, необходимо позаботиться об этом ограничении до использования других ограничений.

Ограничение PRIMARY KEY может применяться в любой из следующих фаз создания метаданных:

* в определении столбца в операторах CREATE TABLE или ALTER TABLE как часть определения столбца;

* в определении таблицы в операторах CREATE TABLE или ALTER TABLE как отдельно определенное ограничение таблицы.

В следующей последовательности создается и подтверждается (commit) домен, не допускающий пустое значение, затем определяется столбец первичного ключа, основанный на этом домене, и одновременно применяется ограничение PRIMARY KEY к этому столбцу:

CREATE DOMAIN D_IDENTITY AS BIGINT NOT NULL;

CREATE TABLE PERSON (

PERSON_ID D_IDENTITY PRIMARY KEY,

Firebird создает ограничение таблицы с именем INTEG_M и индекс с именем RDB$PRIMARYnn. (пл в каждом случае - число, полученное от генератора. Эти два числа не связаны друг с другом.) Вы не можете повлиять на то, какими будут эти имена, и не можете поменять их.

Результат будет похожим, если вы используете тот же подход при добавлении столбца, используя оператор ALTER TABLE и создавая первичный ключ в одном предложении:

ALTER TABLE BOOK

ADD BOOK_ID D_IDENTITY PRIMARY KEY;

Другой способ определения первичного ключа в определении таблицы - добавить объявление ограничения в конце определений столбцов. Объявления ограничений помещаются последними, потому что они зависят от существования столбцов, к которым они обращаются. Этот метод дает вам возможность именования ограничений. Следующее объявление именует ограничение первичного ключа как PK_ATABLE:

CREATE TABLE ATABLE (

ID BIGINT NOT NULL,

ANOTHER_COLUMN VARCHAR (20),

CONSTRAINT PK_ATABLE PRIMARY KEY(ID));

Теперь вместо использования сгенерированного системой имени RDB$PRIMARYnnn Firebird использует PK_ATABLE В качестве имени этого ограничения. В Firebird 1.5 и выше он также применяет определенное пользователем имя ограничения для поддерживающего уникального индекса. В этом примере индекс получит имя PK_ATABLE, когда в других версиях его имя будет RDB$PRIMARYnnn.

В процессе проектирования базы данных принимается решение о том, какие таблицы должны входить в базу данных, какие у них будут имена (идентификаторы), какие типы данных потребуются для построения таблиц и какие пользователи получат доступ к каждой из них. Кроме того, для эффективного создания таблиц необходимо ответить на следующие вопросы:

• Столбцы какого типа и размера будут составлять каждую из таблиц, какие требуется выбрать имена для столбцов таблиц?
• Какие столбцы могут содержать значение NULL ?
• Будут ли использованы ограничения целостности , значения по умолчанию и правила для столбцов?
• Необходимо ли индексирование столбцов, какие типы индексов будут применены для конкретных столбцов?
• Какие столбцы будут входить в первичные и внешние ключи .

Для создания таблиц в среде MS SQL Server используется команда:

<определение_таблицы> ::= CREATE TABLE [ имя_базы_данных.[владелец]. | владелец. ]имя_таблицы (<элемент_таблицы>[,...n])

<элемент_таблицы> ::= {<определение_столбца>} | <имя_столбца> AS <выражение> | <ограничение_таблицы>

Обычно владельцем таблицы (dbo) является тот, кто ее создал.

<Выражение> задает значение для вычисляемого столбца . Вычисляемые столбцы - это виртуальные столбцы, т. е. физически в таблице они не хранятся и вычисляются с использованием значений столбцов той же таблицы. В выражении для вычисляемого столбца могут присутствовать имена обычных столбцов, константы и функции, связанные одним или несколькими операторами. Подзапросы в таком выражении участвовать не могут. Вычисляемые столбцы могут быть включены в раздел SELECT при указании списка столбцов, которые должны быть возвращены в результате выполнения запроса. Вычисляемые столбцы не могут входить во внешний ключ , для них не используются значения по умолчанию. Кроме того, вычисляемые столбцы не могут участвовать в операциях INSERT и DELETE .

<определение_столбца> ::= { имя_столбца <тип_данных>} [ [ DEFAULT <выражение> ] | [ IDENTITY (начало, шаг) ]]] [<ограничение_столбца>][...n]]

В определении столбца обратим внимание на параметр IDENTITY , который указывает, что соответствующий столбец будет столбцом-счетчиком . Для таблицы может быть определен только один столбец с таким свойством. Можно дополнительно указать начальное значение и шаг приращения. Если эти значения не указываются, то по умолчанию они оба равны 1. Если с ключевым словом IDENTITY указано NOT FOR REPLICATION , то сервер не будет выполнять автоматического генерирования значений для этого столбца, а разрешит вставку в столбец произвольных значений.

В качестве ограничений используются ограничения столбца и ограничения таблицы . Различие между ними в том, что ограничение столбца применяется только к определенному полю, а ограничение таблицы - к группам из одного или более полей.

<ограничение_столбца>::= [ CONSTRAINT имя_ограничения ] { [ NULL | NOT NULL ] | [ {PRIMARY KEY | UNIQUE } [ CLUSTERED | NONCLUSTERED ] [ WITH FILLFACTOR=фактор_заполнения ] [ ON {имя_группы_файлов | DEFAULT } ] ] ] | [ [ FOREIGN KEY ] REFERENCES имя_род_таблицы [(имя_столбца_род_таблицы) ] [ ON DELETE { CASCADE | NO ACTION } ] [ ON UPDATE { CASCADE | NO ACTION } ] [ NOT FOR REPLICATION ]] | CHECK [ NOT FOR REPLICATION](<лог_выражение>) } <ограничение_таблицы>::= { [ {PRIMARY KEY | UNIQUE } [ CLUSTERED | NONCLUSTERED ] {(имя_столбца [,...n])} ] |FOREIGN KEY[(имя_столбца [,...n])] REFERENCES имя_род_таблицы [(имя_столбца_род_таблицы [,...n])] [ ON DELETE { CASCADE | NO ACTION } ] [ ON UPDATE { CASCADE | NO ACTION } ] | NOT FOR REPLICATION ] | CHECK [ NOT FOR REPLICATION ] (лог_выражение) }

Рассмотрим отдельные параметры представленных конструкций, связанные с ограничениями целостности данных . Ограничения целостности имеют приоритет над триггерами, правилами и значениями по умолчанию. К ограничениям целостности относятся ограничение первичного ключа PRIMARY KEY , ограничение внешнего ключа FOREIGN KEY , ограничение уникальности UNIQUE , ограничение значения NULL , ограничение на проверку CHECK .

Ограничение первичного ключа (PRIMARY KEY)

Таблица обычно имеет столбец или комбинацию столбцов, значения которых уникально идентифицируют каждую строку в таблице. Этот столбец (или столбцы) называется первичным ключом таблицы и нужен для обеспечения ее целостности. Если в первичный ключ входит более одного столбца, то значения в пределах одного столбца могут дублироваться, но любая комбинация значений всех столбцов первичного ключа должна быть уникальна.

При создании первичного ключа SQL Server автоматически создает уникальный индекс для столбцов, входящих в первичный ключ . Он ускоряет доступ к данным этих столбцов при использовании первичного ключа в запросах.

Таблица может иметь только одно ограничение PRIMARY KEY , причем ни один из включенных в первичный ключ столбцов не может принимать значение NULL . При попытке использовать в качестве первичного ключа столбец (или группу столбцов), для которого ограничения первичного ключа не выполняются, первичный ключ создан не будет, а система выдаст сообщение об ошибке.

Поскольку ограничение PRIMARY KEY гарантирует уникальность данных, оно часто определяется для столбцов-счетчиков . Создание ограничения целостности PRIMARY KEY возможно как при создании, так и при изменении таблицы . Одним из назначений первичного ключа является обеспечение ссылочной целостности данных нескольких таблиц. Естественно, это может быть реализовано только при определении соответствующих внешних ключей в других таблицах.

Ограничение внешнего ключа (FOREIGN KEY)

Ограничение внешнего ключа - это основной механизм для поддержания ссылочной целостности между таблицами реляционной базы данных. Столбец дочерней таблицы, определенный в качестве внешнего ключа в параметре FOREIGN KEY , применяется для ссылки на столбец родительской таблицы, являющийся в ней первичным ключом . Имя родительской таблицы и столбцы ее первичного ключа указываются в предложении REFERENCES . Данные в столбцах, определенных в качестве внешнего ключа , могут принимать только такие же значения, какие находятся в связанных с ним столбцах первичного ключа родительской таблицы. Совпадение имен столбцов для связи дочерней и родительской таблиц необязательно. Первичный ключ может быть определен для столбца с одним именем, в то время как столбец, на который наложено ограничение FOREIGN KEY , может иметь совершенно другое имя. Единственным требованием остается соответствие столбцов по типу и размеру данных.

На первичный ключ могут ссылаться не только столбцы других таблиц, но и столбцы, расположенные в той же таблице, что и собственно первичный ключ ; это позволяет создавать рекурсивные структуры.

Внешний ключ может быть связан не только с первичным ключом другой таблицы. Он может быть определен и для столбцов с ограничением UNIQUE второй таблицы или любых других столбцов, но таблицы должны находиться в одной базе данных.

Столбцы внешнего ключа могут содержать значение NULL , однако проверка на ограничение FOREIGN KEY игнорируется. Внешний ключ может быть проиндексирован, тогда сервер будет быстрее отыскивать нужные данные. Внешний ключ определяется как при создании, так и при изменении таблиц .

Ограничение ссылочной целостности задает требование, согласно которому для каждой записи в дочерней таблице должна иметься запись в родительской таблице. При этом изменение значения столбца связи в записи родительской таблицы при наличии дочерней записи блокируется, равно как и удаление родительской записи (запрет каскадного изменения и удаления), что гарантируется параметрами ON DELETE NO ACTION и ON UPDATE NO ACTION , принятыми по умолчанию. Для разрешения каскадного воздействия следует использовать параметры ON DELETE CASCADE и ON UPDATE CASCADE .