【数据库系统设计】数据库完整性

其他 2020-04-04 00:02:03 阅读次数: 0

数据库完整性

数据库的完整性：

  • 数据的正确性
    是指数据是符合现实世界语义，反映了当前实际状况的
    • 学生的学号必须唯一
    • 性别只能是男或女
    • 成绩的取值范围为0~100
  • 数据的相容性
    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
    • 学生所选的课程必须是学校开设的课程
    • 学生所在的院系必须是学校已成立的院系

数据的完整性和安全性是两个不同概念：

  • 数据的完整性
    • 防止数据库中存在不正确的数据
    • 防范对象：不正确的数据
    • 完整性是阻止合法用户通过合法操作向数据库中加入不正确的数据
  • 数据的安全性
    • 保护数据库防止恶意的破坏和非法的存取
    • 防范对象：非法用户和非法操作
    • 安全性防范的是非法用户和非法操作存取数据库中的正确数据

为维护数据库的完整性，数据库管理系统必须：

  • 提供定义完整性约束条件的机制
    • 也称为完整性规则，是数据库中的数据必须满足的语义约束条件
    • 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
    • 这些完整性一般由SQL的数据定义语言语句来实现
  • 提供完整性检查机制
    • 检查数据是否满足完整性约束条件的机制称为完整性检查
    • 一般在INSERT、UPDATE、DELETE语句执行后开始检查，也可以在事务提交时检查
  • 违约处理
    • 数据库管理系统若发现用户的操作违背了完整性约束条件，就采取一定的动作
      • 拒绝执行该操作（NO ACTION）
      • 级连执行其他操作（CASCADE）

由DBMS进行完整性检查的好处：

  • 不必由应用程序来完成，从而减轻了应用程序员的负担
  • 能够为所有的用户和应用提供一致的数据库完整性，避免出现漏洞

5.1 实体完整性

5.1.1 实体完整性定义

  • 单属性构成的码可以定义为列级或表级
  • 多个属性构成的码只能定义为表级

Ex：将Student表中的Sno属性定义为码（单属性）
(1) 在列级定义主码

CREATE TABLE Student(
	Sno CHAR(9) PRIMARY KEY, /*列级定义主码*/
	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) /*表级定义主码*/
);

Ex：将SC表中的Sno，Cno属性组定义为码（多属性）

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*/
);

5.1.2 实体完整性检查和违约处理

插入或对主码列进行更新操作，DBMS会按照实体完整性规则自动进行检查

  • 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

检查记录中主码值是否唯一的一种方法是进行全表扫描

  • 依次判断表中每一条记录的主码值与将插入记录上的主码值（或者修改的新主码值）是否相同
    在这里插入图片描述
  • 全表扫描缺点：十分耗时
  • 为避免对基本表进行全表扫描，RDBMS核心一般都在主码上自动建立一个索引

例：新插入记录的主码值是25
在这里插入图片描述

5.2 参照完整性

例：学生关系的“专业号”是外码，它参照专业关系的主码“专业号”
学生关系中每个元组的“专业号”属性只取两类值：
(1) 空值，表示该学生尚未确定专业
(2)非空值，该值必须是专业关系中某个元组的“专业号”值，表示该学生不可能属于一个不存在的专业

关系模型的参照完整性定义

  • 在CREATE TABLE中用FOREIGN KEY短语定义哪些列为外码
  • 用REFERENCES短语指明这些外码参照哪些表的主码

5.2.1 参照完整性定义

例：Student表的Sdept属性是外码，参照DEPT表的主码Deptno
(1) 在列级定义参照完整性

CREATE TABLE Student(
	Sno CHAR(9) PRIMARY KEY, /* 列级完整性约束条件,Sno是主码*/
	Sname CHAR(20) UNIQUE,
	Ssex CHAR(2),
	Sage SMALLINT,
	Sdept CHAR(20) FOREIGN KEY REFERENCES DEPT(Deptno)
	/*在列级定义参照完整性*/
);

(2) 在表级定义参照完整性

CREATE TABLE Student(
	Sno CHAR(9) PRIMARY KEY, /* 列级完整性约束条件,Sno是主码*/
	Sname CHAR(20) UNIQUE,
	Ssex CHAR(2),
	Sage SMALLINT,
	Sdept CHAR(20),
	FOREIGN KEY(Sdept) REFERENCES DEPT(Deptno)
	/*在表级定义参照完整性*/
);

例：关系SC中（Sno，Cno）是主码。Sno，Cno分别参照Student表的主码和Course表的主码

CREATE TABLE SC( 
	Sno CHAR(9) NOT NULL,
	Cno CHAR(4) NOT NULL,
	Grade SMALLINT,
	PRIMARY KEY (Sno, Cno), /*在表级定义实体完整性*/
	FOREIGN KEY (Sno) REFERENCES Student(Sno), /*在表级定义参照完整性*/
	FOREIGN KEY (Cno) REFERENCES Course(Cno) /*在表级定义参照完整性*/
);

5.2.2 参照完整性检查和违约处理

  • 一个参照完整性将两个表中的相应元组联系起来
  • 对被参照表和参照表进行增删改操作时有可能破坏参照完整性，必须进行检查

参照完整性检查的时机？
例：表SC和Student有四种可能破坏参照完整性的情况
(1) SC表中增加一个元组，该元组的Sno属性的值在表Student中找不到一个元组，其Sno属性的值与之相等
在这里插入图片描述
(2) 修改SC表中的一个元组，修改后该元组的Sno属性的值在表Student中找不到一个元组，其Sno属性的值与之相等
在这里插入图片描述
(3) 从Student表中删除一个元组，造成SC表中某些元组的Sno属性的值在表Student中找不到一个元组，其Sno属性的值与之相等
在这里插入图片描述
(4) 修改Student表中一个元组的Sno属性，造成SC表中某些元组的Sno属性的值在表Student中找不到一个元组，其Sno属性的值与之相等 。
在这里插入图片描述

参照完整性违约处理

  1. 拒绝执行 NO ACTION
    不允许该操作执行。该策略一般设置为默认策略
  2. 级联操作 CASCADE
    当删除或修改被参照表（Student）的一个元组造成了与参照表（SC）的不一致，则删除或修改参照表中的所有造成不一致的元组
  3. 设置为空值 SET-NULL
    当删除或修改被参照表的一个元组时造成了不一致，则将参照表中的所有造成不一致的元组的对应属性设置为空值。

例：显式说明参照完整性的违约处理示例

CREATE TABLE SC( 
	Sno CHAR(9) NOT NULL，
	Cno CHAR(4) NOT NULL，
	Grade SMALLINT,
	PRIMARY KEY(Sno,Cno)，
	FOREIGN KEY (Sno) REFERENCES Student(Sno)
	ON DELETE CASCADE /*级联删除SC表中相应的元组*/
	ON UPDATE CASCADE, /*级联更新SC表中相应的元组*/
	FOREIGN KEY (Cno) REFERENCES Course(Cno)
	ON DELETE NO ACTION/*当删除course 表中的元组造成了与SC表不一致时拒绝删除*/
	ON UPDATE CASCADE/*当更新course表中的cno时，级联更新SC表中相应的元组*/
);

小结

  • 参照完整性的定义方法
    • CREATE TABLE … FOREIGN KEY … REFERENCE
  • 参照完整性的检查时机
    • 对被参照表和参照表进行增删改操作时
  • 参照完整性的违约处理
    • 拒绝执行 NO ACTION
    • 级联操作 CASCADE
    • 设置为空值 SET-NULL

5.3 用户定义的完整性

用户定义的完整性是：针对某一具体应用的数据必须满足的语义要求
关系数据库管理系统提供了定义和检验用户定义完整性的机制，不必由应用程序承担

5.3.1 属性上的约束条件

CREATE TABLE时定义属性上的约束条件

  • 列值非空 NOT NULL
  • 列值唯一 UNIQUE
  • 检查列值是否满足一个条件表达式 CHECK

不允许取空值

例：在定义SC表时，说明Sno、Cno、Grade属性不允许取空值。

CREATE TABLE SC( 
	Sno CHAR(9) NOT NULL,/*不允许取空值*/
	Cno CHAR(4) NOT NULL,/*不允许取空值*/
	Grade SMALLINT NOT NULL,/*不允许取空值*/
	PRIMARY KEY (Sno, Cno),
	…
);

列值唯一

例：建立专业表DEPT，要求专业名称Dname列取值唯一且不能取空值，专业编号Deptno列为主码。

CREATE TABLE DEPT(
	Deptno NUMERIC(2),
	Dname CHAR(9) UNIQUE NOT NULL，
	/*要求Dname列值唯一, 并且不能取空值*/
	PRIMARY KEY (Deptno)
);

用CHECK短语指定列值应该满足的条件

例：Student表的Ssex只允许取“男”或“女”。

CREATE TABLE Student(
	Sno CHAR(9) PRIMARY KEY,
	Sname CHAR(8) NOT NULL,
	Ssex CHAR(2) CHECK (Ssex IN ('男','女')),/*性别属性Ssex只允许取'男'或'女' */
	Sage SMALLINT,
	Sdept CHAR(20)
);

例：SC表的Grade的值应该在0和100之间。

CREATE TABLE SC( 
	Sno CHAR(9) ,
	Cno CHAR(4),
	Grade SMALLINT CHECK (Grade>=0 AND Grade <=100)， /*Grade取值范围是0到100*/
	PRIMARY KEY (Sno,Cno),
	FOREIGN KEY (Sno) REFERENCES Student(Sno),
	FOREIGN KEY (Cno) REFERENCES Course(Cno)
);

属性上的约束条件检查和违约处理

  • 插入元组或修改属性的值时，关系数据库管理系统检查属性上的约束条件是否被满足
  • 如果不满足则操作被拒绝执行

5.3.2 元组上的约束条件

属性上的约束条件：只涉及单个属性

  • 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
  • 在CREATE TABLE时可以用CHECK子句定义元组上的约束条件

例：当学生的性别是男时，其名字不能以Ms.打头

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.%') 
	/*定义了元组中Sname和Ssex两个属性值之间的约束条件*/ 
);

性别是女性的元组都能通过该项检查，因为Ssex='女'成立;
当性别是男性时，要通过检查则名字一定不能以Ms.打头

元组上的约束条件检查和违约处理

  • 插入元组或修改属性的值时，关系数据库管理系统检查元组上的约束条件是否被满足
  • 如果不满足则操作被拒绝执行

小结

  • 属性上的用户定义完整性
    • 定义方法
    • 检查时机
    • 违约处理
  • 元组上的用户定义完整性
    • 定义方法
    • 检查时机
    • 违约处理

在这里插入图片描述

5.4 完整性约束命名字句

CONSTRAINT <完整性约束条件名><完整性约束条件>

<完整性约束条件>包括NOT NULL、UNIQUE、PRIMARY KEY短语、FOREIGN KEY短语、CHECK短语等

例：建立学生登记表Student，要求学号在90000~99999之间，姓名不能取空值，年龄小于30，性别只能是“男”或“女”。

CREATE TABLE Student( 
	Sno NUMERIC(6)
	CONSTRAINT C1 CHECK (Sno BETWEEN 90000 AND 99999),
	Sname CHAR(20) CONSTRAINT C2 NOT NULL,
	Sage NUMERIC(3) CONSTRAINT C3 CHECK (Sage < 30),
	Ssex CHAR(2) CONSTRAINT C4 CHECK (Ssex IN ( ‘男’,'女')),
	CONSTRAINT StudentKey PRIMARY KEY(Sno)
);

例：建立教师表TEACHER，要求每个教师的应发工资不低于3000元。应发工资是工资列Sal与扣除项Deduct之和。

CREATE TABLE TEACHER( 
	Eno NUMERIC(4) PRIMARY KEY /*在列级定义主码*/
	Ename CHAR(10),
	Job CHAR(8),
	Sal NUMERIC(7,2),
	Deduct NUMERIC(7,2),
	Deptno NUMERIC(2),
	CONSTRAINT TEACHERFKey FOREIGN KEY (Deptno) REFERENCES DEPT(Deptno),
	CONSTRAINT C1 CHECK (Sal + Deduct >= 3000)
);

修改表中的完整性限制

使用ALTER TABLE语句修改表中的完整性限制

例：去掉上上例中Student表中对性别的限制。

ALTER TABLE Student
DROP CONSTRAINT C4;

例：修改表Student中的约束条件，要求学号改为在900000~999999之间，年龄由小于30改为小于40

  • 可以先删除原来的约束条件，再增加新的约束条件：
ALTER TABLE Student
DROP CONSTRAINT C1;
ALTER TABLE Student
ADD CONSTRAINT C1 CHECK (Sno BETWEEN 900000 AND 999999),

ALTER TABLE Student
DROP CONSTRAINT C3;
ALTER TABLE Student
ADD CONSTRAINT C3 CHECK(Sage < 40);

域约束：CREATE DOMAIN 语句(含CHECK子句)

定义：

CREATE DOMAIN COLOR CHAR(6) DEFAULT '???'
CHECK(
	/*格式同SELECT的WHERE*/
	VALUE IN('Red','Yellow','Blue','Green', '???')
);

使用：

CREATE TABLE PART (
	pno char(5),
	pname varchar(20),
	partcolor COLOR,
	…… 
);

*5.5 域中的完整性限制

*5.6 断言

*5.7 触发器

Jerry Low
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