数据库完整性-第一二三节：数据库三大完整性

Posted 2022-02-10 快乐江湖

文章目录

• 一：数据库完整性概述
• • （1）数据库完整性的基本概念
  • （2）数据库完整性和安全性的区别
  • （3）为维护完整性DBMS必须要实现的功能
• 二：实体完整性
• • （1）定义实体完整性
  • （2）实体完整性检查和违约处理
• 三：参照完整性
• • （1）定义参照完整性
  • （2）参照完整性检查和违约处理
  • • A：破坏完整性的行为
    • B：违约处理措施
    • • ①：拒绝
      • ②：级联
      • ③：设为空值
    • C：SQL实现
• 四：用户自定义完整性
• • （1）属性上的约束条件
  • • A：不允许取空值（NOT NULL）
    • B：列值唯一（UNIQUE）
    • C：满足指定条件（CHECK）
  • （2）元组上的约束条件

在（数据库系统概论|王珊）第二章关系数据库-第二节、第三节：关系操作和关系完整性这一节中对数据库的三大完整性已有介绍，而本章的内容就是如何在SQL语言中实现这些完整性规则

一：数据库完整性概述

（1）数据库完整性的基本概念

数据库完整性：数据库的完整性是指数据的正确性和相容性

• 正确性：数据是符合现实世界语义、反映当前实际状况的。例如性别只能是男或女
• 相容性：是指数据库同一对象在不同关系表中的数据是符合逻辑的。比如说年龄一般都在1-100岁，当然也有超过一百岁的，反正没有两百岁，三百岁成仙的人类

（2）数据库完整性和安全性的区别

完整性：是为了防止数据库中存在不符合语义的数据，也就是防止数据库中存在不正确的数据。因此，完整性检查和控制的防范对象是不合语义的、不正确的数据，防止它们进入数据库

安全性：是保护数据库防止恶意破坏和非法存取。因此，安全性控制的防范对象是非法用户和非法操作，防止他们对数据库数据的非法存取

（3）为维护完整性DBMS必须要实现的功能

1.提供定义完整性约束条件的机制

• 完整性约束条件：是数据库中数据必须满足的语义条件规则
• SQL标准使用了一系列概念来描述完整性，包括关系模型的实体完整性、参照完整性和用户定义完整性

2.提供完整性检查的方法

• 完整性检查：检查数据是否满足完整性规则的机制

3.进行违约处理

二：实体完整性

实体完整性：若属性A是基本关系$R$的主属性，则属性A不能取空值

（1）定义实体完整性

定义方法：关系模型的实体完整性在CREATE TABLE中用PRIMARY KEY定义。注意

• 如果主码仅有一个属性（单属性）：可以定义为列级约束条件也可以定义为表级约束条件
• 如果主码有多个属性：注意仅能定义为表级约束条件

演示：

如下有几个典型的例子

将Student表中的Sno属性定义为码

(1)在列级定义主码
CREATE TABLE Student
(
	Sno CHAR(9) PRIMARY KEY，
	Sname CHAR(20) NOT NULL，     
	Ssex CHAR(2) ，
	Sage SMALLINT，
	Sdept CHAR(20)
);

(2)在表级定义主码
CREATE TABLE Student
(
	Sno CHAR(9)，  
	Sname CHAR(20) NOT NULL，
	Ssex CHAR(2) ，
	Sage SMALLINT，
	Sdept CHAR(20)，
	PRIMARY KEY (Sno)
); 

(3)将SC表中的Sno，Cno属性组定义为码
CREATE TABLE SC
(
	Sno CHAR(9) NOT NULL， 
	Cno CHAR(4) NOT NULL，  
	Grade SMALLINT，
	PRIMARY KEY (Sno，Cno)     /*只能在表级定义主码*/
); 

（2）实体完整性检查和违约处理

每当插入或对主码列进行更新操作时，DBMS按照实体完整性规则自动进行检查，包括

• 检查主码值是否唯一，如果不唯一则拒绝插入或修改
• 检查主码的各个属性是否为空，只要有一个为空就拒绝插入或修改

其中检查记录中主码值是否唯一有两种方法

• 全表扫描：十分耗时
  

• 建立索引：关系数据库管理系统一般都会在主码上自动建立一个索引
  

三：参照完整性

（1）定义参照完整性

定义方法：关系模型的参照完整性在CREATE TABLE中用FOREIGN KEY定义，同时用REFERENCES短语指明这些外码参照哪些表的主码

演示：

定义sc表的时候，其(Sno,Cno)是主码，分别参照Sudent的主码和Course表的主码

CREATE TABLE SC
(
	Sno CHAR(9) NOT NULL,
	Sno CHAR(4) NOT NULL,
	Grade SMALLINT,
	
	PRIMARY KEY(Sno,Cno),
	FOREIGN KEY(Sno) REFERENCES Student(Sno),
	FOREIGN KEY(Cno) REFERENCES Course(Cno)
);

（2）参照完整性检查和违约处理

A：破坏完整性的行为

参照完整性将表与表联系在了一起，所以对其中一个表的修改很可能会影响到另外一张表

举个例子，被参照表是Student，参照表是sc，破坏参照完整性的行为及其违约处理如下表所示

对于参照表sc的行为

• 向sc表（参照表）中插入一个元组，这是会被拒绝的。因为有可能你所插入的元组的Sno（外码）无法在Student表中找到，这就意味着在成绩表中插入了一个非本班同学的成绩，这显然是不合理的
• 修改sc表（参照表）中的一个元组，这是会被拒绝的。因为有可能你会修改该元组的Sno（外码），这就可能导致Sno无法在Student表中好到
• 删除sc表（参照表）中的一个元组，这是可行的。因为它无非就是一条成绩信息

对于被参照Student的行为

• 删除Student表（被参照表）中的一个元组，这是会被拒绝（也有可能级联删除或设为NULL）的。因为删除一个元组后，该元组所对应的Sno（主码）将不复存在，这就有可能导致sc表（参照表）中某些元组的Sno（外码）在Student表中找不到
• 修改Student表（被参照表）中的一个元组，这是会被拒绝（也有可能级联删除或设为NULL）的 。因为一旦修改了该元组的Sno属性，就会发生和上面一样的问题
• 向Student表（被参照表）插入一个元组，这是可行的。因为它无非就是一个新同学嘛

B：违约处理措施

①：拒绝

拒绝：不允许该操作执行，为默认策略

②：级联

级联：当删除或修改Student表（被参照表）的一个元组导致与sc表（参照表）不一致时，则会删除或修改sc表（参照表）中的所有导致不一致的元组

• 比如删除Student表中Sno为“201215121”的元组后，则会从sc表中级联删除sc.Sno='201215121'的所有元组
• 注意： 在这个例子中，按照语义环境选择级联删除是正确的，因为学生信息一旦删除了，那么成绩信息就没有存在的意义了

③：设为空值

假设有下面两个关系（划线为主码）

• 参照表为学生表
• 被参照表为专业表

---

设为空值：当删除或修改专业表（被参照表）的一个元组时造成了不一致，则将学生表（参照表）中的所有造成不一致的元组的对应属性（专业号）设为空值

• 比如删除专业表中专业号为12的专业，那么接着就要把学生表中专业号=12的所有元组的专业号设置为空值
• 注意：在这个例子中，按照语义环境选择设置为空值是正确的，因为专业一旦删除，表明该学生需要重新分配专业，除非该学生毕业，否则不可能把学生信息给删除

其中关于外码是否可以取空值，在前面的文章已经有详细介绍：（数据库系统概论|王珊）第二章关系数据库-第二节、第三节：关系操作和关系完整性

C：SQL实现

综上，在定义完整性约束时还要给出相应的处理策略

CREATE TABLE SC
(
	Sno CHAR(9)
	Sno CHAR(4) 
	Grade SMALLINT,//是外码也是主码，故不能取空值，实体完整性
	PRIMARY KEY(Sno,Cno),
	FOREIGN KEY(Sno) REFERENCES Student(Sno)
		ON DELETE CASCADE //删除Student表的元组时，级联删除本表相应元组
		ON UPDATE CASCADE, //更新Student表中的Sno时，级联更新本表相应元组
	FOREIGN KEY(Cno) REFERENCES Course(Cno)
		ON DELETE NO ACTION //删除Course表的元组造成不一致时，拒绝执行
		ON UPDATE CASCADE //更新Course表中的Cno时，级联更新本表相应元组
);

• 策略可以根据具体环境、语义选择

四：用户自定义完整性

用户自定义完整性针对某一具体关系数据库的约束条件，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求

（1）属性上的约束条件

A：不允许取空值（NOT NULL）

演示

CREATE TABLE SC
(
	Sno CHAR(9),
	Cno CHAR(4),
	Grade SMALLINT NOT NULL,
	PRIMARY KEY(Sno,Cno)//定义了实体完整性，隐含了不允许取空值，在列级中可不写
);

B：列值唯一（UNIQUE）

演示

CREATE TABLE DEPT
(
	Deptno NUMERIC(2),
	Dname CHAR(9) UNIQUE NOT NULL, //唯一且不能取空值
	Location CHAR(10),
	PRIMARY KEY(Depto)
);

C：满足指定条件（CHECK）

演示

例如Ssex只能取“男”或“女”

CREATE TABLE Student
(
	Sno CHAR(9) PRIMARY KEY,
	Sname CHAR(8) NOT NULL,
	Ssex CHAR(2) CHECK(Ssex IN ('男','女')),
	Sage SMALLINT,
	Sdept CHAR(20)
);

例如Grade的取值范围为[0,100]

CREATE TABLE SC
(
	Sno CHAR(9),
	Cno CHAR(4),
	Grade SMALLINT CHECK(Grade >= 0 AND Grade <= 100),
	
	PRIMARY KEY(Sno,Cno),
	FOREIGN KEY(Sno) REFERENCES Student(Sno),
	FOREIGN KEY(Cno) REFERENCES Course(Cno)
);

（2）元组上的约束条件

同属性值限制相比，元组级的限制可以设置不同属性之间的取值的相互约束条件

演示

例如，规定插入男性时，其名字不能以Ms.开头

CREATE TABLE Student
(
	Sno Char(9),
	Sname CHAR(8) NOT NULL,
	Ssex CHAR(2),
	Sage SMALLINT,
	Sdept CHAR(20),
	PRIMARY KEY(Sno),

	CHECK(Ssex='女' OR Sname NOT LIKE 'Ms.%')

);

• 是女性时条件成立可以插入
• 是男性时，同时还要判断其姓名不能以Ms.开头