王紅，陳功平

（六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，安徽六安237158）

數(shù)據(jù)完整性機(jī)制的研究與實(shí)現(xiàn)

王紅，陳功平

（六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，安徽六安237158）

為了保證數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者應(yīng)合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)完整性。SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)作為微軟的核心產(chǎn)品，可以通過主鍵、標(biāo)識(shí)列、惟一鍵、檢查約束、外鍵約束等手段實(shí)現(xiàn)實(shí)體完整性、域完整性和參照完整性，參照完整性是保證數(shù)據(jù)一致性的重要機(jī)制，SQLServer中的觸發(fā)器也可以實(shí)現(xiàn)參照完整性，以保證數(shù)據(jù)表間的插入規(guī)則、更新規(guī)則和刪除規(guī)則的約定。

數(shù)據(jù)完整性；參照完整性；SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)；觸發(fā)器

數(shù)據(jù)完整性可以有效地保證數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的一致性和正確性［1］。數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣會(huì)直接影響數(shù)據(jù)庫(kù)的后期使用，數(shù)據(jù)完整性按照所影響的對(duì)象不同，可分為實(shí)體完整性、域完整性和參照完整性［2］。

（1）實(shí)體完整性：用于保證關(guān)系表中的行不重復(fù)，防止相同記錄的存在，取自萬物不相同之意。

（2）域完整性：用于保證關(guān)系表中列的取值在一定范圍（領(lǐng)域）內(nèi)，限定取值的有界性。

（3）參照完整性：用于保證數(shù)據(jù)表之間數(shù)據(jù)的一致性，參照完整性是數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

1 數(shù)據(jù)完整性實(shí)施策略

數(shù)據(jù)完整性有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，各數(shù)據(jù)庫(kù)生產(chǎn)廠商按照完整性的要求，使用不同的策略來實(shí)現(xiàn)完整性理論。微軟公司作為軟件行業(yè)的龍頭，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其開發(fā)的ACESS、VFP、SQLServer等關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，其中SQLServer是實(shí)際應(yīng)用最廣泛、管理能力最強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，獲得了各行業(yè)的認(rèn)可，在數(shù)據(jù)庫(kù)界有著不可動(dòng)搖的地位，SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(jì)方面的方法和手段較多。

1.1 實(shí)體完整性實(shí)施策略

實(shí)體完整性是為了防止行出現(xiàn)重復(fù)，設(shè)計(jì)人員為了實(shí)現(xiàn)實(shí)體完整性，通常會(huì)虛擬出一個(gè)屬性，比如戶籍表虛擬出“身份證號(hào)”，學(xué)生表虛擬出“學(xué)號(hào)”，職工表虛擬出“職工編號(hào)”等。SQLServer中實(shí)現(xiàn)實(shí)體完整性的方法有主鍵約束、惟一鍵約束和標(biāo)識(shí)字段。

（1）主鍵約束。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表時(shí)應(yīng)為每張表都設(shè)置主鍵約束，SQLServer中每個(gè)關(guān)系表的主鍵只能有一個(gè)，主鍵可以包含多個(gè)字段，但主鍵的取值不能重復(fù)也不可為空。指定關(guān)系表中的字段為主鍵可以使用圖形方式選擇，也可使用PRIMARY KEY關(guān)鍵字表示。

（2）惟一鍵約束。關(guān)系表可以設(shè)置多個(gè)惟一鍵，設(shè)置惟一鍵字段的取值不能重復(fù)，可取空值，但空值只能有一個(gè)。SQLServer中惟一鍵用UNIQUE表示，通常惟一鍵作為主鍵的補(bǔ)充，比如學(xué)生表指定學(xué)號(hào)為主鍵可保證其實(shí)體完整性，若再要保證“身份證號(hào)”列也不重復(fù)，就只能使用惟一鍵來實(shí)現(xiàn)。

（3）標(biāo)識(shí)字段。SQLServer中的標(biāo)識(shí)字段能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)編號(hào)功能，因此可以保證記錄行的惟一性［3］。每個(gè)表的標(biāo)識(shí)字段只能有一個(gè)，標(biāo)識(shí)字段的數(shù)據(jù)類型必須為整型。標(biāo)識(shí)字段列的值無需用戶輸入，計(jì)算機(jī)根據(jù)自動(dòng)編號(hào)算法自動(dòng)生成，通常用標(biāo)識(shí)字段和主鍵共同使用來實(shí)現(xiàn)實(shí)體完整性及參照完整性。

SQLServer中定義標(biāo)識(shí)字段的關(guān)鍵字為IDENTITY（起始編號(hào)，步長(zhǎng)），比如IDENTITY（1，1）表示一個(gè)“1、2、3…”的序列，IDENTITY（-5，-2）表示一個(gè)“-5、-7、-9…”的序列。

1.2 域完整性實(shí)施策略

域完整性的實(shí)現(xiàn)策略主要有：為列選擇合適的數(shù)據(jù)類型和寬度，定義默認(rèn)值，SQLServer中還可以用檢查約束進(jìn)一步限定列的取值域。

定義默認(rèn)值可以在創(chuàng)建數(shù)據(jù)表時(shí)為字段加入DEFAULT關(guān)鍵字，也可以在數(shù)據(jù)表創(chuàng)建完成后通過ALTER TABLE關(guān)鍵字為數(shù)據(jù)表列添加默認(rèn)值約束，列有默認(rèn)值后，當(dāng)用戶未輸入內(nèi)容時(shí)自動(dòng)用默認(rèn)值填充。

檢查約束是實(shí)現(xiàn)域完整性的主要手段。比如要存儲(chǔ)年齡信息，就應(yīng)將數(shù)據(jù)類型定義為整型而非字符型，姓名信息應(yīng)定義為字符型而非數(shù)值型，若要應(yīng)限制年齡的值為非負(fù)數(shù)，就需要再次定義檢查約束。檢查約束的關(guān)鍵字為CHECK，如CHECK（年齡＞=0 and年齡＜=200），CHECK（性別=‘男’or性別=‘女’）。

1.3 參照完整性實(shí)施策略

參照完整性是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，是保證數(shù)據(jù)一致性的重要手段，實(shí)現(xiàn)的主要手段為創(chuàng)建外鍵約束（FOREIGN KEY），在SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中還可以通過觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。

（1）使用外鍵約束實(shí)現(xiàn)參照完整性。外鍵約束實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)表間的關(guān)聯(lián)，表間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)有一對(duì)一（1∶1）、一對(duì)多（1∶n）和多對(duì)多（m∶n）三種類型，數(shù)據(jù)庫(kù)可以直接創(chuàng)建1∶1和1∶n關(guān)聯(lián)，而m∶n關(guān)聯(lián)無法直接實(shí)現(xiàn)，可以將m∶n聯(lián)系拆分成多個(gè)1∶1或1∶n聯(lián)系來間接實(shí)現(xiàn)。

在認(rèn)知上，兩張表之間能夠創(chuàng)建關(guān)聯(lián)的條件是兩張表要有相同意義的字段，在SQLServer中只要兩張表具有數(shù)據(jù)類型相同、寬度相同并創(chuàng)建一定的約束后的列就可創(chuàng)建關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)外鍵約束。創(chuàng)建外鍵約束時(shí)要選擇主鍵表和外鍵表，1∶1關(guān)聯(lián)，主鍵表和外鍵表是相對(duì)的，可任選；1∶n關(guān)聯(lián)，1端的表是主鍵表，n端的表是外鍵表。外鍵約束的實(shí)現(xiàn)條件如表1所示。

表1 SQL Server中實(shí)現(xiàn)外鍵約束的條件

數(shù)據(jù)表創(chuàng)建關(guān)聯(lián)后可通過配置更新規(guī)則和刪除規(guī)則來保證數(shù)據(jù)一致性，參照完整性規(guī)則及其可選配置值如表2所示。

使用外鍵約束創(chuàng)建數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)參照完整性時(shí)，要求關(guān)聯(lián)拓?fù)鋱D中無回路，不允許出現(xiàn)外鍵級(jí)聯(lián)［4］，而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，數(shù)據(jù)表間的關(guān)聯(lián)關(guān)系出現(xiàn)回路的概率高，可以借助觸發(fā)器來完善。

表2 參照完整性規(guī)則

（2）使用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性。觸發(fā)器是數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象中的一種，可以編寫“當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象執(zhí)行某項(xiàng)操作所引發(fā)的事件”代碼，在SQLServer中，數(shù)據(jù)表中記錄的INSERT、UPDATE、DELETE操作和數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器中的CREATE、ALTER、DROP操作都可以設(shè)置觸發(fā)器，因此，根據(jù)觸發(fā)器所基于的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的不同分為DML觸發(fā)器和DDL觸發(fā)器兩類［5］。

DML觸發(fā)器：數(shù)據(jù)操縱觸發(fā)器，基于數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言（DataMaster Language，DML）中的INSERT、UPDATE、DELETE命令創(chuàng)建。

DDL觸發(fā)器：數(shù)據(jù)定義觸發(fā)器，基于數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（Data Define Language，DDL）中的CREATE、ALTER、DROP命令創(chuàng)建。

因此，DML觸發(fā)器可以配合外鍵約束實(shí)現(xiàn)參照完整性，DML觸發(fā)器中有Inserted和Deleted兩張輔助表幫助用戶設(shè)計(jì)觸發(fā)器事件，這兩張表只在DML觸發(fā)器中可用，是一個(gè)只讀的邏輯表而非實(shí)際表。

Inserted表，存放即將加入數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)行，執(zhí)行INSERT時(shí)，存放的是將要插入的數(shù)據(jù)行，執(zhí)行UPDATE時(shí)，存放的是更新后的數(shù)據(jù)行。

Deleted表，存放即將被刪除的數(shù)據(jù)行，執(zhí)行UPDATE時(shí)，存放的是更新前的數(shù)據(jù)行，執(zhí)行DELETE時(shí)，存放的是被刪除的數(shù)據(jù)行。

因此，INSERT只用到Inserted表，DELETE只用到Deleted表，UPDATE將更新后的數(shù)據(jù)行存入Inserted表，更新前的數(shù)據(jù)行存入Deleted表。

2 應(yīng)用

數(shù)據(jù)完整性是數(shù)據(jù)表得以長(zhǎng)期正確存儲(chǔ)的關(guān)鍵。本文以“留言版”系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)為例，介紹數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(jì)的過程和方法。

2.1 數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

“留言版”系統(tǒng)功能可以讓登錄用戶選擇不同的版塊發(fā)布留言、回復(fù)留言，因此必須要有用戶表、版塊表、留言表、留言回復(fù)表。

（1）用戶表（tb_users）：存儲(chǔ)注冊(cè)用戶的信息，表結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3 tb_users數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

（2）版塊表（tb_board）：存儲(chǔ)留言版塊的信息，表結(jié)構(gòu)如表4所示。

表4 tb_board數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

（3）留言表（tb_message）：存儲(chǔ)留言的信息，表結(jié)構(gòu)如表5所示。

表5 tb_message數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

（4）留言回復(fù)表（tb_reply）：存儲(chǔ)回復(fù)每條留言的信息，表結(jié)構(gòu)如表6所示。

表6 tb_reply數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

上述數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)只有必須的數(shù)據(jù)信息，設(shè)計(jì)者可根據(jù)需要添加其他屬性以保存信息，表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，字段名、數(shù)據(jù)類型和寬度的選擇要慎重，因?yàn)閷?duì)表結(jié)構(gòu)的更新易導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，從而影響頁(yè)面開發(fā)。數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)成功后進(jìn)入數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

2.2 數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(jì)

2.2.1 實(shí)體完整性

由上述2.1節(jié)可以看出，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表時(shí)已經(jīng)為每張表配置主鍵來完成實(shí)體完整性，tb_users使用主鍵完成實(shí)體完整性，tb_board、tb_message和tb_reply使用標(biāo)識(shí)字段和主鍵共同實(shí)現(xiàn)實(shí)體完整性，主鍵約束可以在創(chuàng)建表時(shí)配置，也可數(shù)據(jù)表創(chuàng)建成功后配置，創(chuàng)建tb_board表并設(shè)置主鍵、默認(rèn)值的SQL命令如下：

CREATE TABLE tb_board（id INT IDENTITY（-32768，1）PRIMARY KEY,board_name VARCHAR (100)NOTNULL，description VARCHAR（1000），createtime DATETIME DEFAULTGETDATE（），username VARCHAR（16））

2.2.2 域完整性

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表時(shí)為每個(gè)字段選定了合適的數(shù)據(jù)類型和寬度，這是保證域完整性的基礎(chǔ)，比如tb_users表中的pwd字段的數(shù)據(jù)類型為VARCHAR、寬度為16，可保證pwd列的取值最多為16個(gè)字符，但無法保證所錄入值的最小字符數(shù)，為了密碼安全性，通常要求密碼的最小長(zhǎng)度為6位，要實(shí)現(xiàn)該域完整性，SQLServer中可通過添加檢查約束來實(shí)現(xiàn)，SQL命令如下：

ALTER TABLE tb_usersADDCHECK（LEN（pwd）＞=6）

2.2.3 參照完整性

根據(jù)上述1.3節(jié)的描述，“留言版”系統(tǒng)各數(shù)據(jù)表間的參照完整性設(shè)置如表7所示。

表7 “留言版”系統(tǒng)外鍵約束簡(jiǎn)明信息

（1）使用外鍵約束實(shí)現(xiàn)參照完整性。當(dāng)A表的主鍵字段在B表中出現(xiàn)，則B表中的字段可稱為A表主鍵的外鍵，主鍵和外鍵之間可以創(chuàng)建外鍵約束實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)建外鍵約束可以使用外鍵表的設(shè)計(jì)器創(chuàng)建“關(guān)系”實(shí)現(xiàn)，也可以通過SQL命令實(shí)現(xiàn)，或通過創(chuàng)建關(guān)系圖實(shí)現(xiàn)。

1）使用SQL命令創(chuàng)建外鍵約束?？梢栽趧?chuàng)建表時(shí)新建外鍵約束，也可以在數(shù)據(jù)表創(chuàng)建成功后通過ALTER TABLE命令來創(chuàng)建外鍵約束，SQLServer中外鍵約束只能在外鍵表中設(shè)置和查看。

ALTER TABLE tb_board ADD FOREIGN KEY(username)REFERENCES tb_users(username)ON UPDATECASCADEONDELETESETNULL

其中ONUPDATECASCADE表示級(jí)聯(lián)更新，ONDELETESETNULL表示刪除規(guī)則設(shè)置為NULL。

2）使用數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系圖創(chuàng)建外鍵約束。在數(shù)據(jù)庫(kù)的“數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系圖”中新建關(guān)系圖，添加數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有表，使用鼠標(biāo)從主鍵拖動(dòng)到外鍵創(chuàng)建并設(shè)置外鍵約束的更新規(guī)則和刪除規(guī)則。

“留言版”系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系圖如圖1所示。

（2）使用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)參照完整性。

1）插入規(guī)則。創(chuàng)建外鍵約束后可以自動(dòng)保證插入規(guī)則，插入規(guī)則是針對(duì)外鍵表的約束，保證外鍵表的關(guān)聯(lián)字段值來自于主鍵表［6］，觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)參照完整性中的插入規(guī)則是基于表的INSERT和UPDATE操作，以tb_users和tb_board表為例，創(chuàng)建觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)插入規(guī)則的命令如下：

CREATE TRIGGER tr_tb_board_updateON tb_board FOR INSERT,UPDATE

AS

DECLARE@username VARCHAR（16）

SELECT@username=username FROM inserted

IF@username ISNOT NULL OR@username!=”）AND EXISTS(SELECT*FROM inserted WHERE inserted.username NOT IN（SELECTusername FROM tb_users））

ROLLBACK TRANSACTION

功能說明：當(dāng)向表tb_board執(zhí)行INSERT或UPDATE時(shí)，若username列的值不為空值或空串時(shí)，且在tb_users表中不存在，則回滾事務(wù)。

2）更新規(guī)則。更新規(guī)則是針對(duì)主鍵表的約束，當(dāng)主鍵表的關(guān)聯(lián)字段UPDATE后，外鍵表關(guān)聯(lián)字段所采取的措施稱為更新規(guī)則，以tb_users和tb_board表為例，創(chuàng)建觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)更新規(guī)則的命令如下：

CREATETRIGGER tr_tb_users_updateON tb_users FORUPDATE

AS

IFUPDATE（username）

UPDATE tb_board SET username=（SELECT username FROM inserted）WHERE username=（SELECT username FROM deleted）

功能說明：當(dāng)更新tb_users表的username字段值時(shí)，將tb_board表對(duì)應(yīng)的username字段的值一并更新。

若將上述命令A(yù)S后的語(yǔ)句更換為如下語(yǔ)句，則表示默認(rèn)的更新規(guī)則“不執(zhí)行任何操作”。

IF（EXISTS（SELECT*FROM insertedWHERE username IN（SELECTusername FROM tb_board）））

ROLLBACK TRANSACTION

3）刪除規(guī)則。刪除規(guī)則也是針對(duì)主鍵表的約束，當(dāng)主鍵表執(zhí)行DELETE時(shí)，外鍵表關(guān)聯(lián)字段所采取的措施稱為刪除規(guī)則，以tb_users和tb_board表為例，創(chuàng)建觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)刪除規(guī)則的命令如下：

CREATETRIGGER tr_tb_users_deleteON tb_users FORDELETE

AS

UPDATE tb_board SETusername=“WHERE username=（SELECTusername FROM deleted）

功能說明：當(dāng)刪除tb_users表的數(shù)據(jù)行時(shí)，將tb_board表對(duì)應(yīng)的username值設(shè)置為空串。

3 結(jié)語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全性、一致性，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的生產(chǎn)廠商也在努力升級(jí)［7］，作為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者，應(yīng)該使用各種方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性，保證數(shù)據(jù)又快又好地運(yùn)行下去。數(shù)據(jù)完整性不僅要在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行配置，在數(shù)據(jù)錄入和修改頁(yè)面也應(yīng)該通過腳本代碼等各種途徑實(shí)現(xiàn)。

本文以SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為模板，研究和實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)完整性，尤其是使用觸發(fā)器來定義插入規(guī)則、更新規(guī)則和刪除規(guī)則，這也給了設(shè)計(jì)人員一個(gè)重新設(shè)計(jì)完整性規(guī)則的入口，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方面有著廣泛的應(yīng)用前景和意義。

［1］劉永楠,鄒兆年,李建中,等.數(shù)據(jù)完整性的評(píng)估方法［J］.計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2013,50（S1）∶230-238.

［2］于洋洋,虞慧群,范貴生.一種云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證方法［J］.華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)∶自然科學(xué)版,2013,39（2）∶211-216.

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【責(zé)任編輯：王桂珍foshanwgzh@163.com】

Research and implementation of data integrity

WANGHong，CHENGong-ping

（Departmentof Information Engineering,Luan Vocation Technology College,Luan 237158,China）

∶In order toensure theaccuracy and consistencyof the data in the database,the database designermust set the data integrity for data tables.SQL Server databasemanagement system as the core productofMicrosoft, through theprimary key,identity column,unique key,check constraints,foreign key constraintsand othermeans to achieve the entity integrity,domain integrity and referential integrity.Referential integrity is an important means to ensure the consistency of data,SQL Server triggers can also implement referential integrity,to ensure the data insertion rules,theupdate ruleand the deletion rule.

data integrity;referential integrity;SQLServer databasemanagementsystem;trigger

TP309.2

A

1008-0171（2015）01-0081-07

2014-06-16

安徽省高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2012jyxm667，2013jyxm667）

王紅（1983-），女，安徽霍邱人，六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。