【資料庫概論】第五章 資料庫完整性

来源:https://www.cnblogs.com/cyra/archive/2023/12/06/17878911.html
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資料庫完整性包括正確性和相容性,DBMS通過提供約束條件機制、檢查方法和違約處理功能維護資料庫完整性,其中實體完整性通過主鍵確保唯一標識,參照實體性通過外鍵關聯,用戶定義完整性滿足特定應用需求,而觸發器和斷言提供事件驅動和複雜約束支持,共同構成資料庫保持一致性的關鍵機制。 ...


資料庫的完整性指的是數據的正確性和相融性。數據的正確性是指符合現實世界語意、反映當前實際情況;數據的相容性指的是資料庫對同一對象在不同關係表中的數據是符合邏輯的,比如學生的學號一定是唯一的,學生所屬的專業一定是專業表中有的專業等,數據的完整性主要是防止資料庫中出現不合語義的數據。為了維護資料庫的完整性,DBMS 需要實現以下功能:

  1. 提供定義完整性約束條件的機制
    完整性約束條件又稱完整性規則,是資料庫中的數據必須滿足的語意約束條件。表達了給定數據模型中數據以及其聯繫具有的約束和依存規則,如主鍵和外鍵。

  2. 提供完整性檢查的方法
    DBMS 檢查數據是否滿足完整性約束條件的機制稱為完整性檢查,一般會在插入、更新和刪除操作後開始執行檢查。

  3. 進行違約處理
    DBMS 如果發現用戶操作違背了完整性約束將會採取一定動作,比如拒絕(NO ACTION)此操作或者級聯(CASCADE)執行其他操作。

關係型資料庫管理系統使得完整性控制稱為其核心支持的功能,從而能夠為所有用戶和應用提供一致的資料庫完整性。

5.1 實體完整性

關係模型的實體完整性在 CREATE TABLE 中使用 PRIMARY KEY 定義。實體完整性指的是是否能夠唯一的區分出一個實體,因此 PRIMARY KEY 是用於唯一標識一個實體的符號,如同人的身份證一般。PRIMARY KEY 可以只使用一個屬性作為主鍵,也可以將多個屬性設置為主鍵。

使用了 PRIMARY KEY 定義主碼之後,對基本表進行更新或者插入操作的時候,就會執行實體完整性規則檢查,包括:

  • 檢查主碼值是否唯一,不唯一則拒絕操作
  • 檢查主碼的各個屬性是否為空,只要有某一行的屬性為空就拒絕修改
  • 檢查主碼是否為空的唯一方法就是進行全表掃描,判斷是否有重覆的主碼。但是遍歷的性能很低,因此 DBMS 會在主碼上自動建立一個索引,比如 B+ 樹索引,通過索引查找基本表中是否存在新的主碼值,這樣會大大提高效率。

5.2 參照實體性

關係模型的參照完整性在 CREATE TABLE 中用 FOREIGN KEY 來定義哪些列為外碼,用 REFERENCES 短語指明這些外碼參照哪些表的主碼。

在表級定義完整性

參照完整性將兩個表中的相應元組聯繫起來了,因此對被參照表和參照表進行 CRUD 時可能會破壞參照完整性,必須進行檢查以保證這兩個表數據的一致性。

比如:

可能破壞參照完整性的情況及違約處理

當發生不一致的情況,一般有以下三種處理策略:

  • 拒絕(NO ACTION)執行:不允許該語句執行,這是預設策略
  • 級聯(CASCADE):假設刪除或者修改被參照表的一個元組導致參照表不一致時,刪除或者修改參照表中所有導致不一致的元組。比如刪除了學生表中的一個學生,則順帶在選課表表中刪除該學生的所有選課信息。
  • 設為空值:可以將被參考表不一致的數據暫時置為空值,比如刪除了班級表中的一個班級,然後在學生表中將該班級的所有學生的班級信息都變為空值,等待重新分班。該策略要註意:參照表中的的列需要設置為允許空值。

5.3 用戶定義的完整性

用戶定義的完整性就是針對某一具體應用的數據必須滿足的語義要求。目前 DBMS 都提供了定義和檢驗這類完整性的機制。

5.3.1 屬性上的約束條件

在 CREATE TABLE 定義屬性的同時,可以根據應用要求定義屬性上的約束條件,也就是屬性值限制,包括:

  • 列值非空(NOT NULL)
  • 列值唯一(UNIQUE)
  • 檢查列值是否滿足一個條件表達式(CHECK 短語)

使用例子如下:

CREATE TABLE Student  
(Sno CHAR(9) PRIMARY KEY,  
Ssex CHAR(2) CHECK (Ssex IN ('m', 'f')) -- 性別隻能是男或者女

如果不滿足屬性約束條件,會被直接拒絕執行

5.3.2 元組上的約束條件

元組上的約束條件定義和屬性約束條件定義類型,在 CREATE TABLE 語句中可以使用 CHECK 短語定義元組上的約束條件。元組級的約束條件可以設置不同屬性取值的相互約束條件。

-- 學生性別為男的時

候,名字不能以Ms.打頭  
CREATE TABLE Student  
(Sno CHAR(9) PRIMARY KEY,  
Sname CHAR(8) NOT NULL,  
Ssex CHAR(2),  
CHECK (Ssex='f' OR Sname NOT LIKE 'Ms.%'));

如果不滿足元組約束條件規則,會被直接拒絕執行

5.4 完整性約束命名子句

SQL 在 CREATE TABLE 語句中提供了完整性約束命名子句 CONSTRAINT,用來對完整性約束條件命名,從而可以更靈活的增加、刪除一個完整性約束條件,格式如下:

CONSTRAINT <完整性約束條件名><完整性約束條件>

其中的完整性約束條件包括 NOT NULL, UNIQUE, PRIMARY KEY, FOREIGN KEY, CHECK 短語等等。通過給約束命名,我們可以很方便的修改完整性,比如:

ALTER TABLE Student DROP CONSTRAINT C4; -- 去除 Student 表中的 C4 約束

ALTER TABLE Student ADD CONSTRAINT C1 CHECK (Sno BETWEEN 9000 AND 9999); -- 新增 C1 約束

5.5 域中的完整性限制

5.6 斷言

當一個約束涉及 2 個(或)更多的表時,表約束機制有時很難,結果可能不會如預期的那樣。為了涵蓋這種情況,SQL 支持創建斷言,這些斷言是不與一張表關聯的約束。斷言語句應確保資料庫中始終存在某個條件。每當在相應的表中進行修改時,DBMS 總是檢查斷言。

在 SQL 中可以使用 CREATE ASSERTION 語句,通過聲明性斷言來指定更具一般性的約束。可以定義涉及多個表或者聚集操作的比較複雜的完整性約束。斷言創建後,任何對斷言中所涉及到的關係的操作都會觸發關係資料庫對斷言的檢查,任何使斷言不為真的操作都會被拒絕執行。

一般使用如下語句創建斷言:

CREATE ASSERTION <斷言名><CHECK子句>

每個斷言都會被賦予一個名字,CHECK 子句中的約束條件和 WHERE 子句的條件表達式類似。

-- 限制資料庫課程最多60名學生選修  
CREATE ASSERTION ASSE_SC_DB_SUM CHECK (60 >= (SELECT COUNT(*) FROM Course, SC WHERE SC.Cno = Course.Cno AND Course.Cname = '資料庫'));

每當往 SC 表中插入一條元組,該斷言就會被觸發。一旦人數超過 60 人,CHECK 子句就會返回 false 值。

刪除斷言只需要使用 DROP ASSERTION <斷言名>

5.7 觸發器(Trigger)

觸發器是用戶定義在關係表上的一類由事件驅動的特殊過程。用戶的對應操作會觸發觸發器,而觸發器則會執行相應的操作。

5.7.1 定義觸發器

觸發器又叫做事件——條件——動作規則。當特定的系統事件發生的時候,則會對規則的條件進行檢查。創建觸發器的指令如下:

CREATE TRIGGER <觸發器名>  
{BEFORE|AFTER} <觸發事件> ON <表名>  
REFERENCING NEW|OLD ROW AS <變數>  
FOR EACH{ROW|STATEMENT}  
[WHEN <觸發條件>] <觸發動作體>
  • 只有表的擁有者,才可以在表上創建觸發器,並且一個表上只能創建一定數量的觸發器
  • 觸發器名可以包含模式名。同一模式下,觸發器名必須是唯一的,並且觸發器名和表名需要在同一模式下。
  • 觸發器只能定義在基本表上,不能定義在視圖上。
  • 觸發事件可以是 INSTER\DELETE\UPDATE 和這幾個事件的組合。AFTER、BEFORE 指明瞭觸發的時機,是執行前還是執行後觸發。
  • 觸發器類型可以被分為行級觸發器(FOR EACH ROW)和語句級觸發器(FOR EACH STATEMENT)。假設表 Teacher 有 1000 行,執行 UPDATE Teacher SET Deptno=5,如果是語句級觸發器,則執行完語句後執行一次;如果是行級觸發器,則會執行 1000 次觸發體。
  • 觸發條件:觸發器被激活是,只有觸發條件為真觸發動作體才會開始執行
  • 觸發動作體:

觸發動作體指的是觸發觸發器後執行的動作。觸發動作體可以是一個匿名的 PL/SQL 過程塊,也可以是對已經創建存儲過程的調用。如果觸發動作體執行失敗,則激活觸發器的事件會終止執行。

5.7.2 激活觸發器

5.7.3 刪除觸發器

使用

DROP TRIGGER <觸發器名> ON <表名>

刪除觸發器

5.7.4 斷言和觸發器的區別

編號 斷言 觸發器
1 當知道給定的特定條件總是為真時,可以使用斷言。 即使特定條件可能是也可能不是,可以使用觸發器
2 當SQL條件不滿足時,整個表甚至資料庫都有可能被鎖定。 如果查詢條件不成立,觸發器可以捕獲錯誤。
3 斷言沒有鏈接到特定的表或事件。它執行用戶指定或定義的任務。 它有助於維護資料庫表中的完整性約束,尤其是在未定義主鍵和外鍵約束時。
4 斷言不維護對錶中所做更改的任何跟蹤。 觸發器跟蹤表中發生的所有更改。
5 與觸發器相比,斷言的語法更小。 它們有很大的語法來指示創建的觸發器的每一個特定的。
6 現代資料庫不使用斷言。 觸發器在現代資料庫中得到了很好的應用。

斷言不能修改數據,它們不鏈接到資料庫中的任何特定表或事件,但觸發器更強大,因為它們可以檢查條件並修改資料庫內表中的數據,這與斷言不同。


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