При создании баз данных большое внимание должно быть уделено средствам поддержания данных в целостном состоянии . Рассмотрим предусмотренные стандартом языка SQL функции, которые предназначены для поддержания целостности данных . Эта поддержка включает средства задания ограничений, они вводятся с целью защиты базы данных от нарушения согласованности сохраняемых в ней данных. К таким типам поддержки целостности данных относятся:
Большая часть перечисленных ограничений задается в операторах CREATE TABLE и ALTER TABLE .
В стандарте SQL дано несколько вариантов определения оператора создания таблицы , однако его базовый формат имеет следующий вид:
<определение_таблицы> ::= CREATE TABLE имя_таблицы {(имя_столбца тип_данных [ NOT NULL ][ UNIQUE] [ CHECK (<условие_выбора>)][,...n]} ) {)} ) REFERENCES имя_род_таблицы [(имя_столбца_род_таблицы [,...n])], {[,...n]})
Представленная версия оператора создания таблицы включает средства определения требований целостности данных , а также другие конструкции. Имеются очень большие вариации в наборе функциональных возможностей этого оператора, реализованных в различных диалектах языка SQL. Рассмотрим назначение параметров команды, используемых для поддержания целостности данных .
Для некоторых столбцов требуется наличие в каждой строке таблицы конкретного и допустимого значения, отличного от опущенного значения или значения NULL . Для заданий ограничений подобного типа стандарт SQL предусматривает использование спецификации NOT NULL .
Обновления данных в таблицах могут быть ограничены существующими в организации требованиями (бизнес-правилами). Стандарт SQL позволяет реализовать бизнес-правила предприятий с помощью предложения CHECK и ключевого слова UNIQUE .
Каждый столбец имеет собственный домен - некоторый набор допустимых значений. Стандарт SQL предусматривает два различных механизма определения доменов. Первый состоит в использовании предложения CHECK , позволяющего задать требуемые ограничения для столбца или таблицы в целом, а второй предполагает применение оператора CREATE DOMAIN .
Первичный ключ таблицы должен иметь уникальное непустое значение в каждой строке. Стандарт SQL позволяет задавать подобные требования поддержки целостности данных с помощью фразы PRIMARY KEY . В пределах таблицы она может указываться только один раз. Однако существует возможность гарантировать уникальность значений и для любых альтернативных ключей таблицы, что обеспечивает ключевое слово UNIQUE . Кроме того, при определении альтернативных ключей рекомендуется использовать и спецификаторы NOT NULL .
Внешние ключи представляют собой столбцы или наборы столбцов, предназначенные для связывания каждой из строк дочерней таблицы, содержащей этот внешний ключ , со строкой родительской таблицы, содержащей соответствующее значение потенциального ключа. Стандарт SQL предусматривает механизм определения внешних ключей с помощью предложения FOREIGN KEY , а фраза REFERENCES определяет имя родительской таблицы, т.е. таблицы, где находится соответствующий потенциальный ключ. При использовании этого предложения система отклонит выполнение любых операторов INSERT или UPDATE , с помощью которых будет предпринята попытка создать в дочерней таблице значение внешнего ключа , не соответствующее одному из уже существующих значений потенциального ключа родительской таблицы. Когда действия системы выполняются при поступлении операторов UPDATE и DELETE , содержащих попытку обновить или удалить значение потенциального ключа в родительской таблице, которому соответствует одна или более строк дочерней таблицы, то они зависят от правил поддержки ссылочной целостности , указанных во фразах ON UPDATE и ON DELETE предложения FOREIGN KEY . Если пользователь предпринимает попытку удалить из родительской таблицы строку, на которую ссылается одна или более строк дочерней таблицы, язык SQL предоставляет следующие возможности:
Те же самые правила применяются в языке SQL и тогда, когда значение потенциального ключа родительской таблицы обновляется.
Определитель MATCH позволяет уточнить способ обработки значения NULL во внешнем ключе .
При определении таблицы предложение FOREIGN KEY может указываться произвольное количество раз.
В операторе CREATE TABLE используется необязательная фраза DEFAULT , которая предназначена для задания принимаемого по умолчанию значения, когда в операторе INSERT значение в данном столбце будет отсутствовать.
Фраза CONSTRAINT позволяет задать имя ограничению, что позволит впоследствии отменить то или иное ограничение с помощью оператора ALTER TABLE .
Для внесения изменений в уже созданные таблицы стандартом SQL предусмотрен оператор ALTER TABLE , предназначенный для выполнения следующих действий:
Оператор изменения таблицы имеет следующий обобщенный формат:
<изменение_таблицы> ::= ALTER TABLE имя_таблицы имя_столбца тип_данных [ NOT NULL ] [ CHECK (<условие_выбора>)]] имя_столбца ] ] [{PRIMARY KEY (имя_столбца [,...n]) |)} |) REFERENCES имя_род_таблицы [(имя_столбца_род_таблицы [,...n])], [ MATCH {PARTIAL | FULL} |[,...n]}] ] SET DEFAULT <значение>] DROP DEFAULT]
Здесь параметры имеют то же самое назначение, что и в определении оператора CREATE TABLE .
Оператор ALTER TABLE реализован не во всех диалектах языка SQL. В некоторых диалектах он поддерживается, однако не позволяет удалять из таблицы уже существующие столбцы.
Для удаления таблицы используется команда DROP TABLE .
В процессе проектирования таблиц 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:
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 .
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 - 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 .
Это ограничение задает требование уникальности значения поля (столбца) или группы полей (столбцов), входящих в уникальный ключ , по отношению к другим записям. Ограничение UNIQUE для столбца таблицы похоже на первичный ключ : для каждой строки данных в нем должны содержаться уникальные значения. Установив для некоторого столбца ограничение первичного ключа , можно одновременно установить для другого столбца ограничение UNIQUE . Отличие в ограничении первичного и уникального ключа заключается в том, что первичный ключ служит как для упорядочения данных в таблице, так и для соединения связанных между собой таблиц. Кроме того, при использовании ограничения UNIQUE допускается существование значения NULL , но лишь единственный раз.
Для каждого столбца таблицы можно установить ограничение NOT NULL , запрещающее ввод в этот столбец нулевого значения.
Данное ограничение используется для проверки допустимости данных, вводимых в конкретный столбец таблицы, т.е. ограничение CHECK обеспечивает еще один уровень защиты данных.
Ограничения целостности CHECK задают диапазон возможных значений для столбца или столбцов. В основе ограничений целостности CHECK лежит использование логических выражений.
Допускается применение нескольких ограничений CHECK к одному и тому же столбцу. В этом случае они будут применимы в той последовательности, в которой происходило их создание. Возможно применение одного и того же ограничения к разным столбцам и использование в логических выражениях значений других столбцов. Указание параметра NOT FOR REPLICATION предписывает не выполнять проверочных действий, если они выполняются подсистемой репликации.
Проверочные ограничения могут быть реализованы и с помощью правил . Правило представляет собой самостоятельный объект базы данных, который связывается со столбцом таблицы или пользовательским типом данных. Причем одно и то же правило может быть одновременно связано с несколькими столбцами и пользовательскими типами данных, что является неоспоримым преимуществом. Однако существенный недостаток заключается в том, что с каждым столбцом или типом данных может быть связано только одно правило . Разрешается комбинирование ограничений целостности CHECK с правилами . В этом случае выполняется проверка соответствия вводимого значения как ограничениям целостности , так и правилам .
Правило может быть создано командой:
CREATE RULE имя_правила AS выражение
Чтобы связать правило с тем или иным столбцом какой-либо таблицы, необходимо использовать системную хранимую процедуру:
sp_bindrule [@rulename=] "rule" [@objname=] "object_name" [,[@futureonly=["futureonly_flag"]
Чтобы отменить правила , следует выполнить следующую процедуру:
sp_unbindrule [@objname=] "object_name" [,[@futureonly=["futureonly_flag"]
Удаление правила производится командой
DROP RULE {имя_правила} [,...n].
Столбцу может быть присвоено значение по умолчанию. Оно будет актуальным в том случае, если пользователь не введет в столбец никакого иного значения.
Отдельно необходимо отметить пользу от использования значений по умолчанию при добавлении нового столбца в таблицу. Если для добавляемого столбца не разрешено хранение значений NULL и не определено значение по умолчанию, то операция добавления столбца закончится неудачей.
При определении в таблице столбца с параметром ROWGUIDCOL сервер автоматически определяет для него значение по умолчанию в виде функции NEWID() . Таким образом, для каждой новой строки будет автоматически генерироваться глобальный уникальный идентификатор.
Дополнительным механизмом использования значений по умолчанию являются объекты базы данных, созданные командой:
CREATE DEFAULT имя_умолчания AS константа
Умолчание связывается с тем или иным столбцом какой-либо таблицы с помощью процедуры:
sp_bindefault [@defname=] "default", [@objname=] "object_name" [,[@futureonly=] "futureonly_flag"],
может быть представлен как
"имя_таблицы.имя_столбца"
Удаление ограничения по умолчанию выполняется командой
DROP DEFAULT {имя_умолчания} [,...n]
если предварительно это ограничение было удалено из всех таблиц процедурой
sp_unbindefault [@objname=] "object_name" [,[@futureonly=] "futureonly_flag"]
При создании таблицы , кроме рассмотренных приемов, можно указать необязательное ключевое слово CONSTRAINT , чтобы присвоить ограничению имя, уникальное в пределах базы данных.
Ключевые слова CLUSTERED и NONCLUSTERED позволяют создать для столбца кластерный или некластерный индекс . Для ограничения PRIMARY KEY по умолчанию создается кластерный индекс , а для ограничения UNIQUE - некластерный . В каждой таблице может быть создан лишь один кластерный индекс , отличительной особенностью которого является то, что в соответствии с ним изменяется физический порядок строк в таблице. ASC и DESC определяют метод упорядочения данных в индексе.
С помощью параметра WITH FILLFACTOR=фактор_заполнения задается степень заполнения индексных страниц при создании индекса. Значение фактора заполнения указывается в процентах и может изменяться в промежутке от 0 до 100.
Параметр ON имя_группы_файлов обозначает группу, в которой предполагается хранить таблицу.
Изменения в таблицу можно внести командой:
<изменение_таблицы> ::= ALTER TABLE имя_таблицы {)] [ NULL | NOT NULL ] | {ADD | DROP } ROWGUIDCOL }] | ADD { [<определение_столбца>] | имя_столбца AS выражение } [,...n] | ADD { <ограничение-таблицы> } [,...n] | DROP { имя_ограничения | COLUMN имя_столбца}[,...n] | {CHECK | NOCHECK } CONSTRAINT {ALL | имя_ограничения[,...n]} | {ENABLE | DISABLE } TRIGGER {ALL | имя_триггера [,...n]}}
В дополнение к уже названным параметрам определим параметр {ENABLE | DISABLE } TRIGGER ALL_ , предписывающий задействовать или отключить конкретный триггер или все триггера, связанные с таблицей.
Удаление таблицы выполняется командой:
DROP TABLE имя_таблицы
Удалить можно любую таблицу, даже системную. К этому вопросу нужно подходить очень осторожно. Однако удалению не подлежат таблицы, если существуют объекты, ссылающиеся на них. К таким объектам относятся таблицы, связанные с удаляемой таблицей посредством внешнего ключа . Поэтому, прежде чем удалять родительскую таблицу, необходимо удалить либо ограничение внешнего ключа , либо дочерние таблицы. Если с таблицей связано хотя бы одно представление, то таблицу также удалить не удастся. Кроме того, связь с таблицей может быть установлена со стороны функций и процедур. Следовательно, перед удалением таблицы необходимо удалить все объекты базы данных, которые на нее ссылаются, либо изменить их таким образом, чтобы ссылок на удаляемую таблицу не было.
CREATE TABLE Товар (КодТовара INT IDENTITY(1,1) PRIMARY KEY, Название VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE, Цена MONEY NOT NULL, Тип VARCHAR(50) NOT NULL, Сорт VARCHAR(50) NOT NULL CHECK(сорт in("первый","второй","третий")), Город VARCHAR(50) NOT NULL, Остаток INT CHECK(остаток>=0)) Пример 9.1. Создание родительской таблицы Товар с ограничениями.
CREATE TABLE Клиент (КодКлиента INT IDENTITY(1,1) PRIMARY KEY, Фирма VARCHAR(50) NOT NULL, Фамилия VARCHAR(50) NOT NULL, Город VARCHAR(50) NOT NULL, Телефон CHAR(10) NOT NULL CHECK(Телефон LIKE "--")) Пример 9.2. Создание родительской таблицы Клиент с ограничениями.
CREATE TABLE Сделка (КодСделки INT IDENTITY(1,1) PRIMARY KEY, КодТовара INT NOT NULL, КодКлиента INT NOT NULL, Количество INT NOT NULL DEFAULT 0, Дата DATETIME NOT NULL DEFAULT GETDATE(), CONSTRAINT fk_Товар FOREIGN KEY(КодТовара) REFERENCES Товар, CONSTRAINT fk_Клиент FOREIGN KEY(КодКлиента) REFERENCES Клиент) Пример 9.3. Создание дочерней таблицы Сделка с ограничениями.
Пусть создана таблица без ограничений:
CREATE TABLE Товар (КодТовара INT, Название VARCHAR(20), Тип VARCHAR(20), Дата DATETIME, Цена MONEY, Остаток INT)
Рассмотрим примеры внесения в таблицу всевозможных ограничений.
Пример 9.9. Поле КодТовара необходимо сделать первичным ключом. Выполнение следующей команды будет отвергнуто, поскольку поле КодТовара допускает внесение значений NULL .
ALTER TABLE Товар ADD CONSTRAINT pk1 PRIMARY KEY(КодТовара) Пример 9.9. Поле КодТовара необходимо сделать первичным ключом.
Сначала нужно изменить объявление столбца КодТовара , запретив внесение значений NULL :
ALTER TABLE Товар ALTER COLUMN КодТовара INT NOT NULL
И только потом создать ограничение первичного ключа:
Пример 9.10. Удалить столбец целого типа и добавить столбец-счетчик.
CREATE DEFAULT df1 AS 0 sp_bindefault "df1", "Товар.Остаток" CREATE DEFAULT df2 AS GETDATE() sp_bindefault "df2", "Товар.Дата" Пример 9.14. Создание и добавление умолчания столбцу.
Пример 9.15. Создать правило и добавить правило столбцу.
CREATE RULE r1 AS @m IN ("мебель","бытовая химия","косметика") sp_bindrule "r1","Товар.Тип" Пример 9.15. Создание и добавление правила столбцу.
Обеспечение целостности БД составляет необходимое условие успешного функционирования БД, особенно при ее сетевом использовании. Целостность БД - это свойство базы данных, означающее, что в ней содержится полная, непротиворечивая и адекватно отражающая предметную область информация. Целостное состояние БД описывается с помощью ограничений целостности в виде условий, которым должны удовлетворять хранимые в базе данные .
Целостность сущностей описывается совокупностью ограничений которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Теоретики баз данных формулируют эти ограничения по-разному. Например, в называют «Условиями целостности … будем называть особые, отдельно хранящиеся данные, которыми на концептуальном уровне … представлено … правило (закон, критерий) принадлежности кортежей отношению, представленному этими данными (записями) в базе данных. К уровням целостности базы данных, как правило, присоединяются также спецификации условий принадлежности значений каждого из атрибутов реляционной таблицы к соответствующему ему домену в базе данных».
Из данного определения можем извлечь следующие простые формулировки ограничений:
1. Все строки таблицы должны иметь одинаковую структуру, одно и то же количество атрибутов.
2. Никакие две записи не могут совпадать. Если определен первичный ключ отношения, то каждая строка таблицы должна иметь свое значение первичного ключа.
3. Значения атрибутов должны быть атомарными.
4. Значения каждого атрибута должны быть взяты из некоторого фиксированного множества значений (домена).
Первое ограничение фиксирующее, что единственной структурой данных, используемых в реляционных БД, является отношение, по сути определяет само понятие отношения (таблица). Следствием второго ограничения является обязательное наличие атрибута, объявленного первичным ключом, обеспечивающим уникальность записей. Третье – не является строгим, т.е. результат невыполнения этого ограничения не обязательно скажется на целостности, но вероятность ошибок велика.
В ограничения целостности сущностей заключаются в требовании уникальности кортежей отношения (записей таблицы), из которого вытекают следующие ограничения:
1. отсутствие кортежей-дубликатов (данное требование предъявляется лишь к атрибутам первичных ключей);
2. отсутствие атрибутов с множественным характером значений.
1. Найти соответствие условий целостности из условиям, названным выше, (1 – 4).
2. Составить перечень атрибутов для сведений об адресе отношения СОТРУДНИК, обеспечивающих атомарность.
Ограничения целостности ссылок заключаются в том, что для любой записи с конкретным значением внешнего ключа должна обязательно существовать запись связанной таблицы-отношения с соответствующим значением первичного ключа.
Пример 1. Рассмотрим отношение СОТРУДНИКИ с внешним ключом «Код отдела» и связано с отношением ОТДЕЛЫ с первичным ключом «Код отдела» (см. рис. 8). Если существует сотрудник Волков И. И., работающий в отделе О1, то соответствующий отдел должен существовать и данные о нем должны храниться в таблице ОТДЕЛЫ .
Отношение Сотрудники
Отношение Отделы
Пример 2. Связь между таблицами Студент и Сдал осуществляется по полю НОМЕР_Зачетки, это связь типа один-ко-многим (1:М). Причем главной является таблица Студент, а подчиненной - таблица Сдал, т.к. в ней возможно любое количество записей со значением в поле НОМЕР_Зачетки, которое в таблице Студент может быть только один раз. Поле связи должно быть обязательно первичным ключом главной таблицы. Главную таблицу иногда называют родительской, а подчиненную - дочерней.
Поля связи в связываемых таблицах не обязательно должны иметь одинаковые имена, но значения полей должны быть взяты из одного и того же множества. Возможно использование для связи не только одного поля, но и совокупности полей.
Большинство СУБД реляционного типа, но не все, осуществляют контроль ссылочной целостности данных. Контроль данных на непротиворечивость осуществляется СУБД автоматически в следующих случаях:
1)При добавлении данных в подчиненную таблицу. Нельзя добавить строку, в которой поле связи содержит значение, отсутствующее в главной таблице. При добавлении данных в главную таблицу контроль ссылочной целостности не требуется.
2)При удалении данных из главной таблицы. Из главной таблицы запрещается удалять строку, если в подчиненной таблице есть строки, связанные с ней. Альтернативным способом решения проблемы сохранения ссылочной целостности данных при удалении является каскадное удаление, то есть удаление строки из главной таблицы с одновременным удалением соответствующих ей строк из подчиненной.
3)При модификации значения поля связи, как в главной, так и в подчиненной таблице. В подчиненной таблице значение поля связи можно изменить на другое значение, но только в случае, если новое значение есть в главной таблице. Изменить значение поля связи главной таблицы нельзя или следует произвести соответствующую замену и во всех строках подчиненной таблице, то есть выполнить каскадное изменение данных. Изменение в таблицах значений полей, не участвующих в связи контроля ссылочной целостности не требует.
Задания для самостоятельной работы
1. Добавить в таблицу СОТРУДНИКИ запись о Фроловой О.А., работающей в отделе кадров. Изобразить отношения СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ.
2. Удалить из таблицы ОТДЕЛЫ запись со значением атрибута Краткое_наим_отдела «ЛИД». Изобразить отношения СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ.
Замечания
1 Основное внимание в ограничениях целостности в иерархической модели уделяется целостности ссылок между предками и потомками с учетом основного правила: никакой потомок не может существовать без родителя.
2 В сетевой модели данных ослаблен контроль целостности связей из-за допустимости установления произвольных связей между записями.
Все операции над базой данных сводятся к манипуляциям с записями и полями таблиц. Обращаясь к нашему студенческому архиву (см. Таб.1), возможно, захочется узнать, кто из студентов учится в группе 407 – ответ: Сидоров (запись 3) и Соловьев (запись 4). Другой пример: кто среди студентов самый старший – ответ: Петров (запись 2). Это примеры простейших операций выборки.
Манипуляционная часть описывает два эквивалентных способа манипулирования реляционными данными - реляционную алгебру и реляционное счисление .
Обеспечение манипуляционной целостности характеризует свойство БД сохранять достоверность в результате выполняемых операций: выборка, объединение, пересечение, разность, соединение, проекция, деление и т.д. , входящие в набор базовых теоретико-множественных операций и специальных реляционных. Неустойчивость БД, другими словами, потеря целостности, приводит к ошибкам и даже разрушению данных. Обеспечение манипуляционной целостности находится в прямой зависимости от нормализации БД.
В основу манипуляционной части модели положена теория множеств с некоторыми уточнениями. Основная идея состоит в том, что, поскольку отношение - это множество, то средства манипулирования отношениями могут базироваться на традиционных теоретико-множественных операциях, дополненных некоторыми операциями, специфичными для БД.
Набор операций, предложенный Коддом, содержит восемь операций:
1)теоретико-множественные операции, такие как объединение, пересечение, разность и декартово произведение, а ко второму - селекция, проекция, соединение и деление
2)специальные реляционные операции, к которым относятся операция присваивания, позволяющая сохранить в БД результат вычисления алгебраических выражений, и операция переименования атрибутов, которая дает возможность корректно сформировать заголовок результирующего отношения - его схему.
Пример 1. Объединение. R3 = R1 È R2
Пусть отношение R1 - это таблица «Абитуриенты - победители олимпиады», а R2 - таблица «Абитуриенты, прошедшие по конкурсу на основании экзаменов».
Таблица Абитуриенты - победители олимпиады.
Таблица Абитуриенты, прошедшие по конкурсу на основании экзаменов.
Пусть основанием для зачисления в университет является победа в олимпиаде, либо успешная сдача вступительных экзаменов. Результат объединения (R3), который мы назовем «Абитуриенты, зачисленные в университет», включает все строки первой таблицы и недостающие строки из второй.
Таблица Абитуриенты, зачисленные в университет.
Пример 2. Пересечение. R3 = R1 Ç R2
Исходные данные те же, что и в случае объединения. Результат пересечения включает только те строки первой таблицы, которые есть во второй. В нашем случае результатом будет таблица, которую можно назвать «Абитуриенты, зачисленные в университет по двум показателям».
Таблица Абитуриенты, зачисленные в университет по двум показателям.
В теории множеств операции объединения, пересечения и разности имеют смысл для любых двух множеств. В случае реляционной алгебры это не так. Результатом любой из этих операций должно стать отношение, то есть множество однотипных строк, следовательно, операндами должны быть отношения с одинаковыми, а точнее совместимыми, схемами. Это означает, что отношения должны иметь одинаковую степень и одинаковые типы соответствующих атрибутов. Имена атрибутов могут отличаться, тогда после переименования можно выполнить основную операцию, то есть объединение, пересечение или разность.
Для операции декартово произведение, применяемой к паре отношений, важно, чтобы схемы, т.е. имена атрибутов были разными.
При нарушениях условий целостности возможно возникновение аномалий. Существует несколько видов аномалий: избыточности, обновления, включения, удаления.
Основная задача при проектировании реляционных БД -формирование оптимальных отношений.
Пример 1. Рассмотрим БД «Объединение кооперативов». В отношении ПОСТАВЩИКИ (НАЗВАНИЕ ПОСТАВЩИКА, АДРЕС ПОСТАВЩИКА, ТОВАР, ЦЕНА), в связи с такой его схемой, могут возникают следующие проблемы:
1. Аномалия избыточность: адрес поставщика повторяется для каждого повторяемого товара.
2. Аномалия обновления (потенциальная противоречивость, может и не возникнуть): вследствие избыточности можно обновить адрес поставщика в одном кортеже, оставив его неизменным в другом. При этом может оказаться, что для некоторых поставщиков нет единого адреса.
3. Аномалия удаления: при необходимости удаления всех товаров, поставляемых данным поставщиком, непреднамеренно можно утратить его адрес.
4. Аномалия включения: в БД может быть записан адрес поставщика, который в настоящее время не поставляет товар, можно поместить неопределенные значения атрибутов ТОВАР и ЦЕНА. Но если он начнет поставлять некоторый товар, можно забыть удалить кортеж с неопределенными значениями. ТОВАР и НАЗВАНИЕ ТОВАРА образуют ключ данного отношения, а поиск кортежей с неопределенными значениями может быть затруднен или невозможен.
Избыточность в данных потенциально приводит к различным аномалиям и нарушениям целостности данных. Аномалия это то, что не является нормой и в связи с этим считается странностью и исключением. Логически таблица БД построена, вроде бы, правильно, но возникает ошибка, которая может повлечь нарушение всей структуры БД. Т.к. аномалии проявляют себя при выполнении операций, изменяющих состояние базы данных, то различают следующие виды аномалий:
· Аномалии вставки (INSERT)
· Аномалии обновления (UPDATE)
· Аномалии удаления (DELETE)
Пример 2: Рассмотрим в качестве предметной области некоторую организацию, выполняющую некоторые проекты. В текущий момент состояние предметной области отражается следующими фактами:
· Сотрудник Иванов, работающий в 1 отделе, выполняет в первом проекте "Космос" задание 1 и во втором проекте "Климат" задание 1.
· Сотрудник Петров, работающий в 1 отделе, выполняет в первом проекте "Космос" задание 2.
· Сотрудник Сидоров, работающий во 2 отделе, выполняет в первом проекте "Космос" задание 3 и во втором проекте "Климат" задание 2.
Это состояние отражается в таблице СОТРУДНИКИ_ОТДЕЛЫ_ПРОЕКТЫ (курсивом выделены ключевые поля).
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:
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 .
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 - 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 .
Целостность данных - это механизм поддержания соответствия базы данных предметной области. В реляционной модели данных определены два базовых требования обеспечения целостности:
целостность ссылок
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.
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.
Проблема целостности состоит в обеспечении правильности данных в БД в любой момент времени. Целостность данных обеспечивается набором специальных условий или утверждений, называемых ограничениями целостности. Ограничения целостности - это утверждение о допустимости значений отдельных информационных единиц и связей между ними. Ограничения целостности (ОЦ) определяются в большинстве случаев особенностями ПО, хотя могут отражать и чисто информационные характеристики.
ОЦ могут относиться к разным информационным единицам: атрибутам (полям), кортежам (строкам, записям), отношениям (таблицам, файлам), связям между отношениями и т.п.
Для полей чаще всего используются следующие виды ограничений.
1. Тип и формат поля.
2. Задание диапазона значений. Значения диапазона и его тип зависят от особенностей ПО.
3. Признак непустого поля. Характеризует недопустимость пустого значения поля в БД. Например, в отношении, содержащем сведения о сотрудниках, поля “фамилия”, ”имя”, ”отчество”, ”оклад” должны обязательно иметь какое-то значение, а у поля “ученая степень” значение может отсутствовать.
4. Задание домена. Поле может принимать значение из заданного множества значений. Например, значением поля “пол” может быть только либо “мужской”, либо “женский”. Значением поля “должность” для профессорско-преподавательского состава может быть одно из следующих значений: “ассистент”, “старший преподаватель”, “доцент”, “профессор”. Домен необязательно должен определяться перечислением входящих в него значений.
Как всякая классификация, приведенная выше классификация видов ограничений является условной. Кроме того, домен может определяться и алгоритмически. Например, многие СУБД поддерживают тип поля “ДАТА” и при вводе значений обеспечивают автоматическую проверку на допустимость введенной даты. Поэтому для поддержания целостности данных важно знать о возможностях СУБД и правильно выбрать тип поля.
Специфическим ограничением на значение поля является признак его уникальности. Это ограничение проверяет допустимость значения данного поля, но при этом просматривается вся таблица (файл).
Признак уникальности значения тесно связан с понятием ключа, но уже первичного, так как ключ может быть представлен не только одним полем, а быть составным. Уникальное поле является возможным ключом данного отношения. При наличии нескольких возможных ключей один из них должен быть выбран в качестве первичного ключа. Это поле не должно иметь пустое значение. Не все СУБД поддерживают концепцию ключа и требуют определять его при описании БД.
Рассматриваемое ограничение чаще всего возникает при отображении в БД каких-то объектов, и уникальное поле является идентификатором объекта. Поэтому оно часто называется ограничением целостности объекта.
Рассмотренные выше ограничения определяли проверку значения поля вне зависимости от того, вводится ли это значение впервые или корректируются имеющиеся в БД значения. Ограничения, которые используются только при проверке допустимости корректировки, называются ограничениями перехода. Например, если в БД имеется поле “возраст сотрудника”, то при корректировке значение этого поля может только увеличиваться. Если в БД хранится поле “год рождения”, то при корректировать это поле следует запретить.
Когда речь идет об ограничениях целостности, относящихся к кортежу, то имеется в виду либо ограничение на значение всей строки, рассматриваемой как единое целое, либо ограничения на соотношения значений отдельных полей в пределах одной строки. Так, естественным ограничением является требование уникальности каждой строки таблицы. По определению в реляционном отношении не может быть одинаковых кортежей, но не все реляционные СУБД обеспечивают соблюдение этого ограничения. В качестве ограничения на соотношения значений полей внутри одного кортежа можно привести следующее: в БД подсистеме “Абитуриент” кортеж (строка) содержит атрибуты (поля) с оценками за экзамены и поле с максимальной оценкой, которое всегда должно отражать правильное значение.
В качестве примера ограничений, относящихся ко всей таблице, можно привести следующий. Предположим, что фонд заработной платы формируется исходя из величины средней зарплаты одного сотрудника и эта величина равна N руб. Тогда в качестве ограничения целостности таблицы может быть задано условие, указывающее, что среднее значение поля “оклад” должно быть не больше N. Примерами ограничения целостности, которыми проверяют соотношения между строками одной таблицы, являются следующие: 1) нельзя быть родителем и ребенком одного и того же человека; 2) год рождения родителя должен быть меньше, чем год рождения ребенка. Первый из приведенных примеров является частным случаем более общего ограничения на отсутствие циклов.
К аналогичным ограничениям относятся ограничения на отсутствие циклов при определении состава изделия (узел не может входить сам в себя), при описании организационной структуры и во многих других случаях. Если СУБД не позволяет контролировать подобные ограничения целостности, то следует напивать процедуру, позволяющую делать это.
Все ограничения, которые были рассмотрены ранее, затрагивали информационные единицы в пределах одной таблицы. Кроме такого рода ограничений часто используются ограничения, затрагивающие несколько взаимосвязанных таблиц. Наиболее часто встречающееся из этих ограничений - ограничение целостности связи. Оно выражается в том, что значение атрибута, отражающего связи между объектами и являющегося внешним (вторичным) ключом отношения, обязательно должно совпадать с одним из значений атрибута, являющегося первичным ключом отношения, описывающего соответствующий объект.
Разновидностью ограничения целостности связи является ограничение связи по существованию, заключающееся в том, что для существования объекта в отношении R1 необходимо, чтобы он был связан с объектом в отношении R2. Например, при приеме на работу каждый из работающих должен быть зачислен в какой-то отдел, и соответствующая запись в таблице “Кадры” в поле “отдел” должна иметь значение, совпадающее с одним из значений соответствующего поля в таблице “Отделы”.
Кроме того, ограничения, отражающие связь таблиц могут представлять собой условия, проверяющие отсутствие логических противоречий между данными во взаимосвязанных таблицах. Например, если для каждой должности установлена определенная “вилка” оклада, то значение поля “оклад” в таблице “Кадры” не должно выходить за пределы “вилки”, которая зафиксирована в таблице “Должности”.
Своеобразным видом ограничений целостности является запрет на обновление. Он может быть обусловлен технологией обработки данных или спецификой ПО. Так, если описывается объект “Личность”, то такие атрибуты, как дата рождения и место рождения, являются постоянными (статическими) и меняться не могут.
По моменту контроля за соблюдением ограничений целостности различают безотлагательные (одномоментные) и отложенные ограничения целостности. Отложенные ограничения целостности могут не соблюдаться в процессе выполнения какой-то группы операций, но обязаны быть соблюдены по завершению выполнения этой группы операций. С понятием отложенного ограничения целостности тесно связано понятие транзакции.
Очень важным видом ограничений целостности являются функциональные зависимости. Информация об имеющихся в данной ПО функциональных зависимостях фиксируется в ИЛМ и используется при проектировании БД и для контроля целостности при функционировании БД. Для соответствующих полей в БД желательно задать запрет на обновление.
Запрет на обновление может относиться не только к отдельному полю, но и ко всей строке (записи) и к таблице.
Рассмотрим пример ограничения на обновление строки (записи). Пусть в БД по кадровому составу для каждого из сотрудников хранятся сведения о поощрениях. Эта информация хранится в таблице “Поощрения”, имеющей такие атрибуты (поля): табельный номер сотрудника, вид поощрения, дата. В эту таблицу могут добавляться строки, но каждая отдельная запись изменяться не может.
В этом примере наблюдается также ограничение связи по существованию между таблицами “Поощрения” и “Сотрудники”: табельный номер в таблице “Поощрения” должен обязательно присутствовать в таблице “Сотрудники”; при удалении строки из таблицы “Сотрудники” все связанные с ней строки в таблице “Поощрения” должны быть также удалены.
Некоторые СУБД позволяют при описании данных задавать так называемое обязательное членство для включения и каскадное удаление. В этом случае целостность при корректировке будет обеспечиваться системой автоматически и гарантируется ограничение связи по существованию.
СУБД FoxPro обеспечивает целостность при корректировке, если предусмотрена соответствующая связь таблиц в БД с помощью SET Relation и SET SKIP.
Для автоматического контроля целостности эта информация должна быть зафиксирована в машинном словаре данных. Для контроля целостности при выполнении операций реляционной алгебры по меньшей мере должна быть зафиксирована информация о ключах и возможных ключах отношений.
По способу задания ограничения целостности могут быть явными и неявными. Неявные ограничения целостности определяются спецификой модели данных и проверяются СУБД автоматически.
Рассмотренные выше примеры ограничений целостности относились к данным пользователя. Понятие целостности может относиться и к служебной информации. Это прежде всего относится к поддержанию соответствия между индексными файлами и соответствующими им индексируемыми файлами БД.
Наряду с понятием целостности БД может быть введено понятие информационной целостности банка данных, заключающееся в обеспечении правильности взаимосвязи всех его информационных компонентов (файлов БД, программных файлов, описаний форм ввода-вывода, отчетов). Например, если для файла БД имеется связанная с ним форма отчета, то при удалении из файла поля, вывод которого предусмотрен в этой форме, возникает ошибка при выводе отчета. Нарушения целостности могут возникнуть, если изменяется тип данных, хранящихся в поле, и во многих других случаях.
Некоторые СУБД имеют специальный механизм, позволяющий отслеживать согласованность различных информационных компонентов банка данных. Например, в системе Paradox имеется понятие “семейство”, включающее в себя файлы БД и относящиеся к ним индексы, отчеты, формы и т.п. Для отслеживания взаимосвязи между всеми информационными компонентами БнД должны использоваться словари данных.
Задание ограничений целостности и их проверка являются важной частью проектирования и функционирования БнД.
Ограничения целостности, присущие той или иной ПО, должны быть выявлены при обследовании и зафиксированы в ИЛМ. Вопрос о необходимости проверки ОЦ при функционировании БнД должен решаться на основе анализа эффективности проекта, так как в некоторых случаях для реализации проверки ОЦ требуются значительные затраты времени.
ОЦ в БнД могут задаваться либо при описании структуры таблиц БД (т.е. в схеме БД), либо в программах обработки данных. Первый подход предпочтительнее и не только потому, что описательный (декларативный) способ задания ОЦ представляет собой более высокий уровень контроля, но и потому, что заданные ограничения будут контролироваться при выполнении всех операций над данными.
Разные СУБД обладают различным набором средств для обеспечения целостности данных. Так, некоторые РСУБД поддерживают концепцию ключа, домена и внешнего ключа. При этом соответствующие проверки ОЦ выполняются автоматически. В некоторых системах при описании структуры БД для поля можно задать запрет содержать пустое значение (понятие NOT NULL), можно определить диапазон допустимых значений и другие ОЦ.
При проектировании БнД необходимо изучит, какие возможности по контролю целостности предоставляет используемая СУБД. Если СУБД автоматически не поддерживает нужное ограничение, то обеспечение его соблюдения становится заботой проектировщика.
