【数据库原理】（25）数据完整性

一.完整性概述

数据库的完整性是保证数据正确性和一致性的关键。它防止数据库中存在不符合业务逻辑或语义规则的数据，避免错误信息的输入和输出。数据库的完整性和安全性不同，安全性关注的是防止非法用户的访问和恶意操作，而完整性则关注数据内容的正确性。

为了维护数据库完整性，DBMS提供了完整性约束条件的机制，这些约束条件是数据语义的表达，由用户定义，并在数据模式定义时设定为模式的一部分。当用户操作可能违反这些约束时，DBMS会拒绝执行相应的操作。

完整性规则

1. 实体完整性：确保每个表都有唯一的主键，用于标识每条记录。

2. 参照完整性：确保表间的外键关系正确，外键值必须在参照表的主键中存在或为NULL（如果允许）。

3. 用户定义完整性：根据特定的业务规则或政策定义的约束条件，如某字段的值必须在一定范围内。

4. 域完整性（列完整性）：确保表中每列的值满足特定条件，如数据类型、数据格式或值的范围。

完整性检查

当修改数据库状态的操作（如INSERT、UPDATE、DELETE）发生时，DBMS检查是否违反了完整性约束。

如果操作违反完整性约束，DBMS会拒绝执行该操作并返回错误。

现代DBMS提供工具和方法来定义和自动检查完整性约束。

完整性的重要性

• 确保数据准确性：避免错误数据的输入。
• 实施业务规则：帮助维护特定的业务逻辑和规则。
• 保持数据关系正确性：保持表之间正确的关系。
• 提升数据质量：提高数据的可靠性和信任度。

二.完整性约束

数据库的完整性约束条件是对数据的质量和逻辑正确性的保护。它们在不同级别上施加限制，确保数据的准确性和可靠性。

列级

1. 静态列级约束

这些约束涉及单个列的属性和规则。

• 数据类型约束：指定列的数据类型、长度、单位和精度。
• 数据格式约束：规定列的特定格式，如日期格式或电话号码格式。
• 取值范围或集合约束：限制列的值必须在特定范围或集合内，如年龄在20到55岁之间。
• 空值约束：确定列是否可以接受空值。
• 其他约束：如排序规则或列组合。

2. 动态列级约束

涉及对列定义或值的修改。

• 修改列定义约束：如，更改列是否允许空值。
• 修改列值约束：新值必须符合与旧值的某种关系。

元组级

1. 静态元组约束

元组级约束涉及单个记录内部列值间的关系。

• 列间关系约束：比如，一个元组的还书日期应晚于借书日期。

2. 动态元组约束

涉及对单个记录的修改，应满足某种约束条件。

• 元组修改约束：如，不允许降低特定员工的工资。

关系级

1. 静态关系约束

涉及一个或多个关系内部不同记录间的关系。常见的关系约束有以下四种：

• 实体完整性：确保每个表的主键是唯一的。
• 参照完整性：确保外键值与参照表的主键匹配。
• 函数依赖约束：特定的业务逻辑规则。
• 统计约束：某个字段与一个关系多个元组的统计值之间的关系。如，工资不得高于或低于特定统计值的倍数。

2. 动态关系约束

涉及整个关系或多个关系的状态变化。

• 事务一致性和原子性：保证事务的完整性和不可分割性。

三.完整性控制

数据库完整性控制确保数据的正确性和一致性，防止无效或错误的数据操作。这涉及到定义完整性约束条件、监测用户操作、以及在违反约束条件时采取适当的措施。

1. 完整性约束的定义

完整性控制功能主要包括：

• 定义功能：提供定义完整性约束的机制。
• 检查功能：检查用户操作是否违反完整性约束。
• 反应机制：在操作违反完整性约束时，采取相应措施以保持数据完整性。

2. 违反完整性约束的处理措施

处理违反完整性约束的情况时，DBMS通常采取以下措施：

• 对实体完整性和用户定义完整性规则的违反：通常拒绝执行违反这些规则的操作。

• 对参照完整性的违反：处理方式可能更复杂，包括接受操作并执行附加操作，以维持数据库的正确状态。

  • 级联删除：在删除被参照关系的元组时，同时删除参照关系中所有相关元组。

  • 受限删除：只有在没有相关元组时才允许删除操作。

  • 删除值空置：将相关元组的外码值置为空值。

  • 级联修改：同时修改被参照关系中的主码和参照关系中的相关外码值。

  • 受限修改：只在没有相关元组时允许修改操作。

  • 修改值空置：将相关元组的外码值置为空值。

• 外码接受空值：是否接受空值取决于应用环境的语义。