正确的数据库设计确保了数据完整性

2024-07-21 02:35:46

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供稿：网友

　　发者在设计阶段要考虑许多因素——如何正规化数据、如何创建易于使用的界面等等。但无疑地，开发者最重要的一个目标就是保证数据的准确性。本文讨论了如何通过“引用完整性”来防止数据库产生不正确的数据，以及如何防止丢失数据。
　　
　　谁需要它？
　　
　　
　　
　　解决了正规化、主键和关系问题后，一些人可能会忽视引用完整性。假定你负责维护一个重要数据库，其中存储着产品和订单数据。同时，假定你为主键使用了自然数据，并在某天更新了一位特定用户的主键值。不久，客户气冲冲地打来电话，因为发票出错，或是因为承诺的时间并没有发货。另外，也可能是因为客户获得了订单，但一直没有拿到发票。错误可能要等到系统审计时才会发现——而且即便在审计时，也有可能检测不到任何错误。
　　
　　到底发生了什么？当你更改客户的主键值时，你实际忽略了为那个客户的相关记录更新外键值。换言之，你创建了“孤儿”——也就是不和主键值匹配的外键记录。在这种情况下，系统没办法将订单的细节与客户对应起来。
　　
　　没有引用完整性的保障，就可能输入不匹配的外键值。关系模型不答应这些“孤儿”记录。尽管你的数据库系统可能答应创建“孤儿”，但开发者必须主动地防止它们。要防止“孤儿”，最简单的办法就是实现引用完整性。
　　
　　
　　
　　什么是引用完整性？
　　
　　关系模型强制引用完整性。你必须启用系统的引用完整性特性来满足关系规则。虽然在表和表之间启用引用完整性是一个简单的操作，但你必须理解这样做（和不这样做）的后果。从技术上说，完整性规则负责维护关系（也因此维护着数据）。有3种类型的完整性：
　　
　　Entity（实体）——必须不重复地标识每一条记录。
　　Referential（引用）——每个外键值都必须在相关的表中有一个匹配的主键值（或者为Null）。
　　Business（业务）——这些规则是业务特有的，与关系数据库理论无关。
　　假如禁用引用完整性，你在任何时候都可输入数据，只要数据不会违反其他表或字段属性的要求，例如验证规则和数据类型等。相反，引用完整性会强制规则，限制你在什么时候能修改、添加或删除数据。启用引用完整性后，除非在相关的表中存在一个匹配的主键值，否则不能输入一个新的外键值。假如相关的表中有一个匹配的外键值，就不能更改主键值。另外，假如在相关的表中有匹配的外键值，就不能删除一个主键值。在这种情况下删除主键记录会造成“孤儿”。
　　决定何时启用引用完整性
　　
　　
　　
　　除非你有非常非凡的理由，否则在每个数据库中都应启用引用完整性。但在启用引用完整性之前，必须满足几方面的条件：
　　
　　要强制引用完整性的关系必须基于一个主键或者一个惟一性的索引。
　　不可在不同数据库的表之间强制引用完整性。所有表都必须在同一个数据库内。
　　关系必须基于数据类型相同的字段（有的系统答应在自动编号字段和一个编号字段之间建立关系）。
　　一个例子
　　
　　只有亲身体验，才能完全把握引用完整性。以一个书籍数据库为基础，使用你的系统在Books和Publishers表之间启用引用完整性。图A展示了Microsoft access中的对话框和Relationships窗口（请查阅文档，了解如何在自己系统中启用引用完整性）。
　　
　　图A
　　　正确的数据库设计确保了数据完整性（图一）

　　在Books和Publisher表之间启用引用完整性
　　
　　在两个表之间启用了引用完整性之后，数据输入将受到更多的限制：
　　
　　不可在Books.PublisherFK中输入新的外键值，除非首先在Publishers.Publisher中将新值作为主键值输入。
　　假如Books.PublisherFK中存在一个匹配的值（外键），那么不能在Publishers.Publisher中更改一个值（主键）。
　　Books.PublisherFK中存在一个匹配的值（外键），那么不能从Publishers.Publisher中删除一个值（主键）。
　　
　　输入、删除和更改数据时，假如违反了引用完整性，会发生什么呢？下面以Microsoft Access为例来实际体验一下。首先打开Books表，然后输入Nee Nee's TrUCk的记录，如图B所示。保存记录时会产生一个错误，因为RabbitPRess在Publishers表中不是一个主键值。必须先在Publishers表中为RabbitPress输入一条记录，否则引用完整性不认为RabbitPress是一个外键值。
　　
　　图B
　　　正确的数据库设计确保了数据完整性（图二）

　　系统拒绝RabbitPress成为一个外键
　　接着试验一下修改主键值。请打开Publishers表，选择Apress记录（或者Que及Sybex），然后试着删除记录。这样也会出错，如图C所示。系统不答应你删除记录，因为Books表包含匹配的外键值。但可以删除O'Reilly的记录，因为Books表中没有任何记录将O'Reilly作为外键使用。

　　
　　图C
　　　正确的数据库设计确保了数据完整性（图三）

　　不能删除Apress记录
　　
　　假如将Apress修改成RabbitPress，会再次出现上述错误。记住，只要在相关的表中存在匹配的外键值，那么主键也是不能修改的。相反，O'Reilly就能修改成RabbitPress。
　　启用级联选项
　　
　　强制了引用完整性后，假如必须更改或删除一个主键值，就可能碰到麻烦。为此，你可以在更改时暂时禁用引用完整性，或者启用一个级联选项（并非所有系统都支持级联选项，请查阅文档以确认）。
　　
　　
　　
　　级联更新
　　
　　启用一个级联更新选项后，就可在存在相匹配的外键值的前提下更改一个主键值。系统会相应地更新所有匹配的外键值。下面来看看Microsoft Access中的一个例子。如图D所示，打开Books和Publishers表之间的级联选项（参阅系统文档了解如何启用该选项）。
　　图D
　　　正确的数据库设计确保了数据完整性（图四）

　　启用级联更新选项
　　接着打开Publishers表，试验将Apress变成RabbitPress。这一次，系统将接受更改，而不是像图C那样报错。但是，幕后会发生很多事情。打开Books表并检查PublisherFK值。如图E所示，系统在接受RabbitPress后，将所有匹配的外键值从Apress变成了RabbitPress。这样一来，更改主键值时就不会产生“孤儿”。
　　
　　图E
　　　正确的数据库设计确保了数据完整性（图五）

　　级联更新选项更改了所有匹配的外键值
　　假如系统不答应编辑“自动编号”数据类型，但一个主键要基于这样的一个字段，那么级联更新是没有用的。当然，由于不能更改主键值，所以也不会产生冲突。
　　级联删除
　　
　　在相关的表中存在相匹配的外键值时，你可以删除一个主键。启用级联删除选项后，就能成功删除主键值。这时，系统会自动删除外键记录，以避免产生“孤儿”。
　　
　　在下一个例子中，你必须启用级联删除选项（如图D所示）。接着，打开Publishers表并试着删除第一条记录（Apress）。系统可能显示如图F所示的一条警告消息。
　　
　　图F
　　　正确的数据库设计确保了数据完整性（图六）

　　删除主键值时显示警告消息
　　最后打开Books表，查看从Publishers表删除Apress后的结果。匹配的外键（整条记录，而非仅仅是外键值）都被删除了，如图G所示。仔细观察，你会发现SQL: Access to SQL Server记录已经消失了。
　　
　　图G
　　正确的数据库设计确保了数据完整性（图七）

　　级联删除选项会删除匹配的外键记录
　　
　　警告！
　　级联选项（尤其是级联删除选项）假如使用不当，可能产生破坏性的后果。为了保护数据，不要永久性地启用这两个选项。相反，只有在真正需要时，而且有十足的把握时，才暂时启用它们。用毕后则将其关闭。
　　
　　结束语
　　
　　关系数据库理论使许多人头痛，但只要理解了基本规则（尤其是在有了一些经验之后），就会发现它们其实很轻易实现。最后，提醒你注重一个好设计的重要性。正确设计的关系数据库经得起时间和成长的考验。相反，设计欠佳的数据库很难使用和修改，甚至可能产生不正确的数据。不要随心所欲地设计，要一步一步地遵照设计过程进行操作。

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