Ограничения целостности данных. Ограничения целостности

«A table or view can have only one unique key .»
Oracle9i SQL Reference об ограничении использования Ограничений уникальности

Утверждение, представленное в качестве эпиграфа, взято из документации Oracle, но вся практика до прочтения документации указывала на противоположное. Проверка путём создания пары Unique Constraint -ов подтвердила это. Налицо ошибка в документации.

А что ещё (с надеждой на безошибочность описания) можно почерпнуть из документации об Ограничениях целостности в Oracle? Я постарался выписать различные терминологические и функциональные особенности Ограничений целостности как отдельных типов объектов БД Oracle без углубления в синтаксис и подробности их использования. Многое для меня оказалось новым, не буду скрывать.

Начнёмссамогоначала - Oracle9i Database Concepts Release 2 (9.2) . В документации выделяется понятие «Целостность данных» (Data Integrity ), которое связывается с выполнением бизнес-правил, сопряжённых с БД. Data Integrity делится на пять типов правил, часть из которых обеспечивается «Ограничениями целостности» (Integrity Constraints ) СУБД Oracle :

1. NULL -правило - NOT NULL ограничение;

2. уникальные значения - ограничения уникального ключа;

3. значения первичного ключа - ограничения первичного ключа;

4. правила ссылочной целостности - ограничения внешнего ключа (или «ограничения ссылочной целостности» - в документации Oracle встречаются оба названия);

5. проверка комплексного ограничения - Check -ограничения.

(Здесь слева от тире представлено правило «Целостности данных», а справа - тип «Ограничений целостности», реализующий это правило)

Четвёртый тип правил «Целостности данных» является составным, и обеспечивается «Ограничениями целостности» лишь частично:

1. выставление в NULL зависимых данных при удалении справочных данных;

2. каскадное удаление зависимых данных при удалении справочных данных;

3. а также отсутствие какого либо действия над зависимыми данными при изменении или удалении справочных данных. (Здесь для меня осталась неясность в плане отличия Restrict от No Action . Может, кто из читателей поможет обнаружить различие…)

Оставшиеся существующие подтипы четвёртого пункта «Целостности данных»:

o выставление в NULL зависимых данных при изменении справочных данных;

o каскадное изменении зависимых данных при изменении справочных данных;

o выставление в значение по умолчанию зависимых данных при изменении или удалении справочных данных;

Те типы правил «Целостности данных», которые нельзя обеспечить с помощью существующих типов «Ограничений целостности», можно реализовать с помощью триггеров. Впрочем, любые типы правил «Целостности данных» можно организовать посредством триггеров, только этот путь более сложен и менее производителен.

Далее для краткости и в силу привычки буду использовать названия «Ограничений целостности» в английском варианте (соотнесение с вышеупомянутыми русскими названиями, на мой взгляд, очевидно), а вместо «Ограничения целостности» писать просто Ограничения.

Итак, UNIQUE Key Constraint . Это Ограничение требует, чтобы каждое значение в поле ключа было уникальным. Под понятием «значение» здесь подразумевается определённая величина, а NULL-значение под данное определение не подпадает, так что одно, два, да даже все поля в ключе UNIQUE Key Constraint могут быть равны NULL. В отличие от ключа PRIMARY Key Constraint , в котором NULL-значение не допускается вовсе.

При создании UNIQUE Key Constraints или PRIMARY Key Constraints неявно создаётся уникальный индекс по тем полям таблицы, на которые накладывается данное Ограничение. Однако, если некий (неважно - уникальный или неуникальный) индекс по полям ключа уже используется, то будет использоваться именно он вместо неявного создания нового. При удалении этих Ограничений будут удаляться и индексы. Уникальные Ограничения, созданные с атрибутом DEFERRABLE (см. ниже) всегда используют неуникальные индексы. При удалении таких Ограничений неуникальные индексы остаются.

Referential Integrity Constraint требуетсуществованиявродительской (справочной) таблице UNIQUE Key Constraint или PRIMARY Key Constraint. При отсутствии Ограничения NOT NULL на каком либо поле, входящем в Referential Integrity Constraint , в этом поле

допускается NULL -значение, и такой Referential Integrity Constraint будет считаться правильным.

• Если на внешнем ключе отсутствует индекс. Тогда при удалении или изменении первичного ключа родительской таблицы, Oracle будет выставлять блокировку дочерней таблицы на уровне таблицы, освобождая эту блокировку сразу после её получения. Если внешний ключ определён как ON DELETE CASCADE , то удаление записей из родительской таблицы будет приводить к share-subexclusive блокировкам на дочерней таблице. Разделяемая блокировка всей дочерней таблицы также потребуется при изменении тех полей в родительской таблице, на которые ссылаются поля дочерней таблицы. Разделяемая блокировка позволяет только чтение данных, так что ни вставка, ни удаление, ни изменение данных в дочерней таблице не будут доступны до тех пор, пока не завершится транзакция на родительской таблице.
• Если на внешнем ключе присутствует индекс, то никаких блокировок на уровне таблицы уже не будет, и при любом удалении или изменении данных в родительской таблице, в дочерней таблице будут блокированы до завершения транзакции только отдельные соответствующие записи (эксклюзивная блокировка на уровне строк).

CHECK Integrity Constraints . Допускаются на одном или нескольких полях таблицы и требует в качестве результата выполнения определённого условия TRUE или UNKNOWN для каждой строки таблицы. Примечательно, что под UNKNOWN подразумевается… NULL! Иными словами, если везде (во всяком случае, следуя той же документации Oracle) NULL -значение не равно ничему, в том числе и самому себе, то здесь оно «работает» как TRUE . Забавно, не так ли?

Особенности:

• может использоваться только Булево выражение;
• нельзя использовать подзапросы, SQL-функции или последовательности (интересно, почему?);
• нельзя использовать SYSDATE , UID , USE R, USERENV , LEVEL , ROWNUM .

Количество CHECK Integrity Constraints неограниченно, но порядок их срабатывания непредсказуем. Ну, и при использовании строчных литералов или таких SQL -функций, как TO_CHAR, TO_DATE, TO_NUMBER с параметрами поддержки глобализации в качестве аргументов, Oracle использует значения этих параметров по умолчанию на уровне базы. Эти значения можно переписать в создаваемом CHECK Integrity Constraint .

Все перечисленные Ограничения, реализованные в Orac le, допускают их нарушение на уровне оператора, то есть сначала оператор будет полностью выполнен (пускай он коснётся хоть миллиона строк), а потом начнётся проверка Ограничений. Хотя, возможна отложенная проверка Ограничений- до завершения транзакции (о чём речь далее).

Режим SET CONSTRAINTS.

Оператор SET CONSTRAINTS делает Ограничения или DEFERRED , или IMMEDIATE (DEFERRED и IMMEDIATE относятся к атрибутам Ограничений, о чём речь далее) для части транзакции. Данный оператор можно использовать для установки режима либо для списка Ограничений, либо для всех (ALL ) Ограничений. Действие данного оператора заканчивается вместе с завершением текущей транзакции, либо с началом действия ещё одного такого же оператора. Данный оператор недоступен в триггерах.

SET CONSTRAINTS … IMMEDIATE вначале вызывает проверку наличия отложенных ранее срабатываний Ограничений, а потом уже срабатывают Ограничения, вызванные выполняющимися операторами в текущей транзакции. Любое нарушение Ограничения при таком процессе будет просигнализировано ошибкой, а при достижении COMMIT’а будет вызван полный откат текущей транзакции. Оператор ALTER SESSION также может иметь выражение SET CONSTRAINTS , но только для всех Ограничений (нельзя их перечислить списком). Это эквивалентно выполнению оператора SET CONSTRAINTS в самом начале каждой транзакции.

Выполнение оператора SET CONSTRAINTS … IMMEDIATE перед самым завершением транзакции позволяет определить успешность предстоящего COMMIT’а и избежать лишних откатов.

Состояния Ограничений.

С помощью операторов CREATE TABLE или ALTER TABLE можно задавать состояние каждого Ограничения на уровне таблицы, используя следующие выражения:

• ENABLE гарантирует удовлетворение всех входных данных Ограничению;
• DISABLE позволяет входным данным не соответствовать Ограничению;
• VALIDATE гарантирует, что все уже имеющиеся в таблице данные соответствуют Ограничению;
• NOVALIDATE позволяет уже имеющимся в таблице данным не соответствовать Ограничению;

…и их комбинации:

• ENABLE VALIDATE аналогично ENABLE и гарантирует, что абсолютно все (и уже вставленные, и вставляемые) записи удовлетворяют Ограничению;
• ENABLE NOVALIDATE гарантирует удовлетворение Ограничению всех входных данных, однако уже имеющиеся в таблице данные могут не соответствовать Ограничению;
• DISABLE NOVALIDATE аналогично DISABLE . Не гарантируется удовлетворение Ограничению как входных данных, так и уже имеющихся в таблице;
• DISABLE VALIDATE отключает Ограничение, удаляет индекс, на котором оно строилось, и запрещает любые изменения на полях, входящих в Ограничение.

… и немного об особенностях применения:

· выражение ENABLE подразумевает ENABLE VALIDATE ;

· выражение DISABLE подразумевает DISABLE NOVALIDATE ;

· VALIDATE и NOVALIDATE ничего не подразумевают в отношении ENABLE и DISABLE (скажем так, они являются зависимой частью выражения при ENABLE и DISABLE );

· про создание и удаление индексов уже упоминалось;

· при изменении состояния из NOVALIDATE в VALIDATE выполняется проверка всех имеющихся в таблице данных, что может занять очень много времени. Наоборот, при приведении состояния Ограничения из VALIDATE в NOVALIDATE просто «забывается», что имеющиеся данные когда-то соответствовали Ограничению;

· перевод одиночного ограничения из состояния ENABLE NOVALIDATE в состояние ENABLE VALIDATE не блокирует чтения, записи или другие DDL операции, они могут быть выполнены параллельно.

И последние важные замечания.

• При создании Ограничения можно указать в качестве атрибута, возможно ли в дальнейшем в ходе транзакции установить оператором SET CONSTRAINTS (см. выше) отложенную (DEFERRED ) проверку данного Ограничения. По умолчанию выставляется NOT DEFERRABLE (что оно означает, думаю, понятно). После создания Ограничения изменить значение выставленного атрибута нельзя, кроме как пересоздав Ограничение, так что «семь раз подумай»!
• INIT IALLY является дополнительным атрибутом к DEFERRABLE, который может быть переписан оператором SET CONSTRAINT (опять см. выше), и который определяет поведение по умолчанию при срабатывании Ограничения с установленным атрибутом DEFERRABLE. При создании Ограничения по умолчанию выставляется INIT IALLY IMMEDIATE , тогда срабатывание Ограничения будет происходить каждый раз при выполнении отдельного оператора, при выставлении INIT IALLY DEFERRED срабатывание Ограничения будет отложено до окончания каждой транзакции. Для NOT DEFERRABLE такого дополнительного атрибута не требуется, так как он является INIT IALLY IMMEDIATE по определению.
• Выражение RELY. По умолчанию при изменении Ограничения (с помощью ALTER TABLE или MODIFY constraint ) выставляется NORELY . А означает оно следующее: стоит ли Oracle"у принимать в расчёт Ограничение, находящеесяв состоянии NOVALIDATE, для перезаписи запроса? RELY активирует существующее Ограничение в режиме (здесь в документации SQL Reference используется слово «mode », хотя я уже привык к слову «state» из Concepts , - по-видимому, писали разные люди, позабыв договориться о терминах) NOVALIDATE, что позволит переписать запрос, который иначе мог быть переписанным только с Ограничением в режиме VALIDATE. Примерно так. Подробнее - в следующий раз.
• EXCEPTIONS INTO определяет схему и таблицу, в которую будут внесены ROWID, нарушающие Ограничение при изменении его (Ограничения) состояния. Если имя схемы и таблицы не указать, то будет предполагаться, что нужно использовать таблицу с именем EXCEPTIONS в текущей схеме.

7. Ограничения целостности

Ограничения целостности в базах данных, назначение, доменная целостность, сущностная целостность, ссылочная целостность, декларативная и процедурная целостность, перехват ошибок при нарушениях целостности

7.1 Что такое ограничения целостности

Ограничения целостности можно определить как специальные средства в базах данных, главное назначение которых - не дать попасть в базу недопустимым данным (например, предупредить ошибки пользователей при вводе данных).

Вначале - немного теории.

Все ограничения целостности можно разделить на три большие категории:

· первая категория - средства обеспечения доменной целостности. Они отвечают за то, чтобы в соответствующем поле базы данных были допустимые значения. Например, фамилия, как правило, должна состоять из букв, а почтовый индекс - из цифр. В базах данных такая целостность обычно обеспечивается условиями на значение, запретом пустых значений, триггерами и хранимыми процедурами, а также ключами;

· третья категория - ссылочная целостность, обеспечивается системой первичных и внешних ключей. Например, при помощи этих средств можно гарантировать, что у нас не будет заказов, оформленных на покупателей, которых нет в базе данных.

Еще две большие категории, на которые можно поделить средства обеспечения целостности - средства декларативного и процедурного характера. Средства декларативного характера создаются как составные части объектов при их определении в базе данных (например, условие на значение при определении таблицы в базе данных). Средства процедурного характера (триггеры и хранимые процедуры) реализуются как отдельные программные модули. В общем случае декларативные ограничения менее функциональны, но более экономны с точки зрения ресурсов и наоборот.

Надо сказать, что наличие развитой системы ограничений целостности во многом определяет зрелость базы данных. Обычно проще сразу позаботиться о том, чтобы в базу данных не попадали неверные значения, чем потом их убирать из базы данных.

Кроме того, при создании ограничений целостности разработчики должны позаботиться о том, чтобы ошибки, возникающие при нарушениях целостности, перехватывались клиентским приложением.

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 .

Операции над данными

Модель данных определяет множество действий, которые допустимо производить над некоторой реализацией БД для её перевода из одного состояния в другое. Это множество соотносят с языком манипулирования данными (Data Manipulation Language, DML).

Любая операция над данными включает в себя селекцию данных (select), то есть выделение из всей совокупности именно тех данных, над которыми должна быть выполнена требуемая операция, и действие над выбранными данными, которое определяет характер операции. Условие селекции – это некоторый критерий отбора данных, в котором могут быть использованы логическая позиция элемента данных, его значение и связи между данными.

По типу производимых действий различают следующие операции:

• идентификация данных и нахождение их позиции в БД;
• выборка (чтение) данных из БД;
• включение (запись) данных в БД;
• удаление данных из БД;
• модификация (изменение) данных БД.

Обработка данных в БД осуществляется с помощью процедур базы данных – транзакций. Транзакцией называют упорядоченное множество операций, переводящих БД из одного согласованного состояния в другое. Транзакция либо выполняется полностью, т.е. выполняются все входящие в неё операции, либо не выполняется совсем, если в процессе её выполнения возникает ошибка.

Ограничения целостности – это правила, которым должны удовлетворять значения элементов данных. Ограничения целостности делятся на явные и неявные .

Неявные ограничения определяются самой структурой данных. Например, тот факт, что запись типа СОТРУДНИК имеет поле Дата рождения , служит, по существу, ограничением целостности, означающим, что каждый сотрудник организации имеет дату рождения, причём только одну.

Явные ограничения включаются в структуру базы данных с помощью средств языка контроля данных (DCL, Data Control Language). В качестве явных ограничений чаще всего выступают условия, накладываемые на значения данных. Например, номер паспорта является уникальным, заработная плата не может быть отрицательной, а дата приёма сотрудника на работу обязательно будет меньше, чем дата его перевода на другую работу.

Также различают статические и динамические ограничения целостно-сти. Статические ограничения присущи всем состояниям ПО, а динамические определяют возможность перехода ПО из одного состояния в другое. Примерами статических ограничений целостности могут служить требование уникальности индивидуального номера налогоплательщика (ИНН) или задание ограниченного множества значений атрибута "Пол" ("м" и "ж"). В качестве примера динамического ограничения целостности можно привести правило, которое распространяется на поля-счётчики: значение счётчика не может уменьшаться.

За выполнением ограничений целостности следит СУБД в процессе своего функционирования. Она проверяет ограничения целостности каждый раз, когда они могут быть нарушены (например, при добавлении данных, при удалении данных и т.п.), и гарантирует их соблюдение. Если какая-либо команда нарушает ограничение целостности, она не будет выполнена и система выдаст соответствующее сообщение об ошибке. Например, если задать в качестве ограничения правило «Остаток денежных средств на счёте не может быть отрицательным», то при попытке снять со счёта денег больше, чем там есть, система выдаст сообщение об ошибке и не позволит выполнить эту операцию. Таким образом, ограничения целостности обеспечивают логическую непротиворечивость данных при переводе БД из одного состояния в другое.

В настоящее время разработано много различных моделей данных. Основные – это сетевая, иерархическая и реляционная модели.

Целостность данных - это механизм поддержания соответствия базы данных предметной области. В реляционной модели данных определены два базовых требования обеспечения целостности:

целостность ссылок

целостность отношений.

Целостность отношений.

Объект реального мира представляется в реляционной базе данных как кортеж некоторого отношения. Требование целостности отношений заключается в следующем:

каждый кортеж любого отношения должен отличатся от любого другого кортежа этого отношения (т.е. любое отношение должно обладать первичным ключом).

Вполне очевидно, что если данное требование не соблюдается (т.е. кортежи в рамках одного отношения не уникальны), то в базе данных может храниться противоречивая информация об одном и том же объекте. Поддержание целостности сущностей обеспечивается средствами системы управления базой данных (СУБД). Это осуществляется с помощью двух ограничений:

при добавлении записей в таблицу проверяется уникальность их первичных ключей

не позволяется изменение значений атрибутов, входящих в первичный ключ.

Целостность ссылок

Сложные объекты реального мира представляются в реляционной базе данных в виде кортежей нескольких нормализованных отношений, связанных между собой. При этом:

Связи между данными отношениями описываются в терминах функциональных зависимостей.

Для отражения функциональных зависимостей между кортежами разных отношений используется дублирование первичного ключа одного отношения (родительского) в другое (дочернее). Атрибуты, представляющие собой копии ключей родительских отношений, называются внешними ключами.

для каждого значения внешнего ключа, появляющегося в дочернем отношении, в родительском отношении должен найтись кортеж с таким же значением первичного ключа.

Пусть, например, даны отношения ОТДЕЛ (N_ОТДЕЛА , ИМЯ_ОТДЕЛА) и СОТРУДНИК (N_СОТРУДНИКА , N_ОТДЕЛА, ИМЯ_СОТРУДНИКА), в которых хранятся сведения о работниках предприятия и подразделениях, где они работают. Отношение ОТДЕЛ в данной паре является родительским, поэтому его первичный ключ "N_отдела" присутствует в дочернем отношении СОТРУДНИК. Требование целостности по ссылкам означает здесь, что в таблице СОТРУДНИК не может присутствовать кортеж со значением атрибута "N_отдела" , которое не встречается в таблице ОТДЕЛ. Если такое значение в отношении ОТДЕЛ отсутствует, значение внешнего ключа в отношении СОТРУДНИК считается неопределенным.

Как правило, поддержание целостности ссылок также возлагается на систему управления базой данных.

Существуют две основные стратегии поддержания ссылочной целостности :

RESTRICT (ОГРАНИЧИТЬ) - не разрешать выполнение операции, приводящей к нарушению ссылочной целостности. Это самая простая стратегия, требующая только проверки, имеются ли кортежи в дочернем отношении, связанные с некоторым кортежем в родительском отношении.

CASCADE (КАСКАДИРОВАТЬ) - разрешить выполнение требуемой операции, но внести при этом необходимые поправки в других отношениях так, чтобы не допустить нарушения ссылочной целостности и сохранить все имеющиеся связи. Изменение начинается в родительском отношении и каскадно выполняется в дочернем отношении. В реализации этой стратегии имеется одна тонкость, заключающаяся в том, что дочернее отношение само может быть родительским для некоторого третьего отношения. При этом может дополнительно потребоваться выполнение какой-либо стратегии и для этой связи и т.д. Если при этом какая-либо из каскадных операций (любого уровня) не может быть выполнена, то необходимо отказаться от первоначальной операции и вернуть базу данных в исходное состояние. Это самая сложная стратегия, но она хороша тем, что при этом не нарушается связь между кортежами родительского и дочернего отношений.

Первичный и внешний ключи

Поскольку отношение – это множество, а множества по определению не содержат совпадающих элементов, то никакие два кортежа отношения не могут быть дубликатами друг друга в любой произвольно-заданный момент времени. Пусть R – отношение с атрибутами A1, A2, ..., An. Говорят, что множество атрибутов K=(Ai, Aj, ..., Ak) отношения R является возможным ключом R тогда и только тогда, когда удовлетворяются два независимых от времени условия:

Уникальность: в произвольный заданный момент времени никакие два различных кортежа R не имеют одного и того же значения для Ai, Aj, ..., Ak.

Минимальность: ни один из атрибутов Ai, Aj, ..., Ak не может быть исключен из K без нарушения уникальности.

Каждое отношение обладает хотя бы одним возможным ключом, поскольку, по меньшей мере, комбинация всех его атрибутов удовлетворяет условию уникальности. Один из возможных ключей (выбранный произвольным образом) принимается за его первичный ключ. Остальные возможные ключи, если они есть, называются альтернативными ключами.

Отношение может содержать несколько ключей. Всегда один из ключей объявляется первичным , его значения не могут обновляться. Все остальные ключи отношения называются возможными ключами .

Различные объекты предметной области, информация о которых хранится в базе данных, всегда взаимосвязаны друг с другом. Такие взаимосвязи отражаются в реляционных базах данных при помощи внешних ключей , связывающих несколько отношений.

Формальное определение.

Пусть дано отношение . Подмножество атрибутовотношениябудем называтьвнешним ключом , если:

Замечание . Внешний ключ, также как и возможный, может быть простым и составным.

Замечание . Внешний ключ должен быть определен на тех же доменах, что и соответствующий первичный ключ родительского отношения.

Замечание . Внешний ключ, как правило, не обладает свойством уникальности . Так и должно быть, т.к. в дочернем отношении может быть несколько кортежей, ссылающихся на один и тот же кортеж родительского отношения. Это, собственно, и дает тип отношения "один-ко-многим".

Замечание . Для внешнего ключа не требуется, чтобы он был компонентом некоторого возможного ключа.

Вышеупомянутые и некоторые другие математические понятия явились теоретической базой для создания реляционных СУБД, разработки соответствующих языковых средств и программных систем, обеспечивающих их высокую производительность, и создания основ теории проектирования баз данных. Однако для массового пользователя реляционных СУБД можно с успехом использовать неформальные эквиваленты этих понятий:

Отношение – Таблица (иногда Файл), Кортеж – Строка (иногда Запись), Атрибут – Столбец, Поле.