【数据库健壮性的基石】：Sakila数据库完整性约束设计要点


参考资源链接：[Sakila数据库实验：操作与查询解析](https://wenku.csdn.net/doc/757wzzzd7x?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 数据库完整性约束的概念与重要性

数据库完整性约束是确保数据库中数据准确、完整、可靠的基石。它们规定了数据必须遵循的规则，用以防止无效的数据输入。本章将探讨完整性约束的基本概念，以及它们为何在数据库设计中不可或缺。

## 1.1 完整性约束的定义

完整性约束是数据库系统中一组规则，它们定义了允许的值和值之间的关系，以确保数据的准确性。这包括了记录必须满足的条件，例如数值范围、数据类型、关系和依赖性。

## 1.2 完整性约束的重要性

在维护数据质量方面，完整性约束起着至关重要的作用。它们不仅防止了错误或不一致的数据被插入数据库，也保障了数据的参照完整性，使得数据查询和报告结果更加可靠。简而言之，完整性约束是维护数据一致性的关键机制。

## 1.3 完整性约束的类型

完整性约束主要分为三大类：实体完整性、域完整性和引用完整性。实体完整性确保了每条记录的唯一性；域完整性规定了列的有效值范围；引用完整性则维护了不同表之间的关系。每种约束类型都有其独特的应用场景和设计要求，这将在后续章节中详细探讨。

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# 第二章：基本完整性约束的设计与应用
在构建数据库系统时，完整性约束是确保数据准确性和一致性的基石。本章将深入探讨实体完整性、域完整性和引用完整性约束的设计与应用，帮助读者理解和掌握它们在数据库设计中的核心作用。

## 2.1 实体完整性约束的设计

实体完整性约束确保了数据库中每个实体（通常对应数据库中的每条记录）的唯一性。在关系数据库中，实体完整性主要通过主键约束和唯一约束来实现。

### 2.1.1 主键约束的原理和应用

主键约束是数据库中最重要的完整性约束之一。主键是一列或多列的组合，它能唯一标识表中的每一行，且其值不允许重复和为空。

CREATE TABLE Employees (
    EmployeeID INT PRIMARY KEY,
    LastName VARCHAR(255),
    FirstName VARCHAR(255),
    -- 其他列
);

在上述SQL语句中，`EmployeeID` 被定义为主键。这意味着每个员工都有一个唯一的`EmployeeID`。任何企图插入重复`EmployeeID`或删除已存在的`EmployeeID`的操作都会被拒绝，从而保证实体完整性。

### 2.1.2 唯一约束的原理和应用

唯一约束确保表中的一列或多列组合具有唯一值。与主键不同，唯一约束允许有空值，且表中可以没有唯一约束。

ALTER TABLE Customers
ADD CONSTRAINT UC_ContactPhone UNIQUE (PhoneNumber);

在该示例中，对`Customers`表的`PhoneNumber`列添加了唯一约束。这样，同一电话号码不能被分配给两个不同的客户。

## 2.2 域完整性约束的设计

域完整性约束用于限制列中数据的类型、格式以及取值范围。它保证数据在指定列中符合预期的格式和类型。

### 2.2.1 列的数据类型和取值范围

每列必须定义合适的数据类型。数据类型决定可以存储在列中的数据类型和大小。

CREATE TABLE Products (
    ProductID INT,
    ProductName VARCHAR(100),
    UnitPrice DECIMAL(10, 2),
    -- 其他列
);

在`Products`表的定义中，`ProductID`被定义为整型，`ProductName`为变长字符串，`UnitPrice`为十进制数，它能存储多达10位数字，其中包括2位小数。

### 2.2.2 检查约束（CHECK）的设置与实践

检查约束用于强制列的值必须满足一定的条件。这可以是一个布尔表达式，只有当表达式返回TRUE时，数据才会被接受。

ALTER TABLE Products
ADD CONSTRAINT CHK_ProductPriceMinValue CHECK (UnitPrice > 0);

在这个例子中，为`Products`表添加了一个检查约束，确保`UnitPrice`列的值永远大于0。这防止了无效的负数价格值被插入到表中。

## 2.3 引用完整性约束的设计

引用完整性约束保证了数据的一致性和准确性，通过在两个表之间建立关系来实现。最常见的引用完整性约束是外键约束。

### 2.3.1 外键约束的设置与作用

外键是表中的一列或多个列的组合，它引用了另一表的主键。外键约束确保了引用的完整性，防止了无效的数据被插入。

CREATE TABLE Orders (
    OrderID INT PRIMARY KEY,
    CustomerID INT,
    OrderDate DATE,
    -- 其他列
    FOREIGN KEY (CustomerID) REFERENCES Customers(CustomerID)
);

在该示例中，`Orders`表的`CustomerID`列被定义为外键，它引用了`Customers`表的`CustomerID`。这样，只有那些在`Customers`表中存在的客户ID才能出现在`Orders`表中。

### 2.3.2 外键约束对数据一致性的保证

外键约束通过级联操作来维持数据一致性。级联操作包括级联更新和级联删除，它们确保当一个表中的主键被更新或删除时，所有相关联的外键也会相应地被更新或删除。

ALTER TABLE Orders
ADD CONSTRAINT FK_OrdersCustomerID
FOREIGN KEY (CustomerID) REFERENCES Customers(CustomerID)
ON UPDATE CASCADE
ON DELETE CASCADE;

在该SQL语句中，`Orders`表的`CustomerID`外键被设置为级联更新和级联删除。这意味着如果`Customers`表中的某个`CustomerID`被更新或删除，相应的`Orders`记录也会自动更新或删除，从而保持数据一致性。

## 小结

本章详细介绍了实体完整性、域完整性和引用完整性约束的设计与应用。实体完整性通过主键和唯一约束来确保记录的唯一性，域完整性通过数据类型和检查约束来限制列的取值，而引用完整性通过外键约束来确保数据之间的关联性。这些约束共同构成了数据库完整性的基础，是数据库设计中不可或缺的部分。

# 3. 复杂完整性约束的设计与优化

在前两章中，我们讨论了基本的完整性约束，并着重介绍了实体完整性、域完整性以及引用完整性。随着数据库系统的复杂性增加，基本的完整性约束往往无法满足更高级别的数据一致性和准确性的要求。本章将深入探讨复杂完整性约束的设计与优化，包括触发器的使用与设计、存储过程的集成应用，以及事务完整性控制。

## 3.1 触发器的使用与设计

### 3.1.1 触发器的工作原理

触发器是数据库管理系统中一种特殊的存储过程，它会在特定的数据库事件发生时自动执行。这些事件通常包括数据的增删改操作，如INSERT、UPDATE或DELETE