Что такое primary key и foreign key
BestProg
Реляционные базы данных. Понятие ключа. Виды ключей. Отношения. Главная и подчиненная таблицы
В данной теме, на примере двух таблиц, определяются основные понятия реляционных баз данных, а именно:
Содержание
Поиск на других ресурсах:
Входные данные
Пусть задана база данных работников предприятия, которая состоит из двух таблиц. Первая таблица содержит данные о работнике. Вторая таблица содержит сведения о заработной плате работника.
Таблицы имеют следующую структуру.
Таблица «Работник». Содержит данные о работнике
Таблица «Зарплата». Содержит сведения о заработной плате работников.
Вопрос/ответ
1. Что такое первичный ключ в таблице базы данных? Для чего используются первичные ключи?
При работе с таблицами в реляционных базах данных, желательно (необходимо), чтобы каждая таблица имела так называемый первичный ключ.
Первичный ключ – это поле, которое используется для обеспечения уникальности данных в таблице. Это означает, что значение (информация) в поле первичного ключа в каждой строке (записи) таблицы может быть уникальным.
Уникальность необходима во избежание неоднозначности, когда неизвестно к какой записи таблицы можно обратиться, если в таблице есть повторяющиеся записи (две записи имеют одинаковые значения во всех полях таблицы).
Пример. Для таблицы «Работник» можно ввести дополнительное поле, которое будет первичным ключом. Однако, поле (атрибут) «Табельный номер» также обеспечивает уникальность. Так как, теоретически, не может быть двух одинаковых табельных номеров. На практике могут быть случаи, что один и тот же табельный номер будет введен по ошибке и совпадут значения всех полей таблицы. В результате возникнут два одинаковых записи в таблице. Во избежание такой ошибки, лучше создать в таблице дополнительное поле-счетчик, которое обеспечит уникальность.
Также для таблицы «Зарплата» можно ввести дополнительное поле, которое будет первичным ключом.
2. Что такое отношение (связь) между таблицами (relationship)? Пример
Таблицы в реляционной модели данных могут иметь связи между собой. Такие связи называются отношениями. Для таблиц «Работник» и «Зарплата» можно установить связь по полю «Табельный номер».
Пример. Проанализируем таблицы «Работник» и «Зарплата». В этих таблицах можно установить отношение между таблицами на основе поля «Табельный номер». То есть, связь между таблицами происходит на основе поля (атрибуту) «Табельный номер».
Это означает следующее. Если нужно найти начисленную заработную плату в таблице «Зарплата» для работника Иванов И.И., то нужно выполнить следующие действия:
Рис. 1. Иллюстрация связи между таблицами. Табельный номер 2145 таблицы «Работник» отображается в таблице «Зарплата»
Рис. 2. Связь (отношение) между полями таблиц
3. Что такое внешний ключ (foreign key)? Пример
Понятие «внешний ключ» есть важным при рассмотрении связанных таблиц.
Внешний ключ – это одно или несколько полей (атрибутов), которые являются первичными в другой таблице и значение которых заменяется значениями первичного ключа другой таблицы.
Пример. Пусть между таблицами «Работник» и «Зарплата» существует взаимосвязь по полю «Табельный номер». В этом случае, поле «Табельный номер» таблицы «Работник» может быть первичным ключом, а поле «Табельный номер» таблицы «Зарплата» внешним ключом. Это означает, что значения поля «Табельный номер» таблицы «Зарплата» заменяются значениями поля «Табельный номер» таблицы «Работник».
4. Что такое рекурсивный внешний ключ?
Рекурсивный внешний ключ – это внешний ключ, который ссылается на одну и ту же таблицу, к которой он принадлежит. В этом случае поле (атрибут), которое соответствует внешнему ключу, есть ключом одного и того же отношения (связи).
5. Могут ли первичный и внешний ключи быть простыми или составными (сложными)?
Первичный, вторичный и внешний ключи могут быть как простыми так и составными (сложными). Простые ключи – это ключи, которые содержат только одно поле (один атрибут). Составные (сложные) ключи – это ключи, которые содержат несколько полей (атрибутов).
6. Какое отличие между искусственным и естественным ключом? Пример
Естественной ключ обеспечивает уникальность из самой сущности предметной области. Бывают случаи, когда значения записей некоторого поля (полей) таблицы есть уникальными. Это поле может быть естественным ключом.
Искусственный ключ вводится дополнительно для обеспечения уникальных значений. Чаще всего искусственный ключ есть полем типа счетчик (counter). В таком поле, при добавлении новой записи (строки) в таблицу, значение счетчика увеличивается на 1 (или другую величину). Если запись удалить из таблицы, то максимальное значение счетчика строк уже не уменьшается, а остается как есть. Как правило, за этим все следит система управления базами данных.
Пример. В таблице «Работник» естественном ключом есть поле (атрибут) «Табельный номер». Поле «Табельный номер» есть само по себе уникальным, так как не может быть двух работников с одинаковым табельным номером.
В таблице «Зарплата» значение во всех четырех полях могут случайно повториться. Поэтому, здесь целесообразно добавить дополнительное поле-счетчик, которое будет искусственным ключом. В этом случае таблица «Зарплата» с дополнительным полем может иметь приблизительно следующий вид:
где поле «Номер» есть искусственным ключом, который обеспечивает уникальность.
7. Какие существуют способы выбора первичного ключа?
Существует 3 способа выбора первичного ключа:
8. Что означают термины «главная таблица» (master) и «подчиненная таблица» (detail)?
Если между таблицами есть связь, то одна из них может быть главной (master), а другая подчиненной (detail). Главная таблица отображает все записи, которые помещаются в ней. Подчиненная таблица отображает только те записи, которые соответствуют значению ключа главной таблицы, который на данный момент есть активным (текущим). Если изменяется текущая запись главной таблицы, то изменяется множество доступных записей подчиненной таблицы.
Пример. Если рассмотреть таблицы «Работник» и «Зарплата», то таблица «Работник» есть главной, а таблица «Зарплата» есть подчиненной.
9. Какие существуют типы отношений (связей) между таблицами?
Существует 4 основных типа отношений между таблицами:
Пример. Если рассмотреть отношение между таблицами «Работник» и «Зарплата», то это отношения есть типа «один ко многим». Таблица «Работник» есть главной. Таблица «Зарплата» есть подчиненной.
Primary and Foreign Key Constraints
Primary keys and foreign keys are two types of constraints that can be used to enforce data integrity in SQL Server tables. These are important database objects.
Primary Key Constraints
A table typically has a column or combination of columns that contain values that uniquely identify each row in the table. This column, or columns, is called the primary key (PK) of the table and enforces the entity integrity of the table. Because primary key constraints guarantee unique data, they are frequently defined on an identity column.
When you specify a primary key constraint for a table, the Database Engine enforces data uniqueness by automatically creating a unique index for the primary key columns. This index also permits fast access to data when the primary key is used in queries. If a primary key constraint is defined on more than one column, values may be duplicated within one column, but each combination of values from all the columns in the primary key constraint definition must be unique.
A table can contain only one primary key constraint.
A primary key cannot exceed 16 columns and a total key length of 900 bytes.
The index generated by a primary key constraint cannot cause the number of indexes on the table to exceed 999 nonclustered indexes and 1 clustered index.
If clustered or nonclustered is not specified for a primary key constraint, clustered is used if there no clustered index on the table.
All columns defined within a primary key constraint must be defined as not null. If nullability is not specified, all columns participating in a primary key constraint have their nullability set to not null.
If a primary key is defined on a CLR user-defined type column, the implementation of the type must support binary ordering.
Foreign Key Constraints
A foreign key (FK) is a column or combination of columns that is used to establish and enforce a link between the data in two tables to control the data that can be stored in the foreign key table. In a foreign key reference, a link is created between two tables when the column or columns that hold the primary key value for one table are referenced by the column or columns in another table. This column becomes a foreign key in the second table.
For example, the Sales.SalesOrderHeader table has a foreign key link to the Sales.SalesPerson table because there is a logical relationship between sales orders and salespeople. The SalesPersonID column in the SalesOrderHeader table matches the primary key column of the SalesPerson table. The SalesPersonID column in the SalesOrderHeader table is the foreign key to the SalesPerson table. By creating this foreign key relationship, a value for SalesPersonID cannot be inserted into the SalesOrderHeader table if it does not already exist in the SalesPerson table.
A table can reference a maximum of 253 other tables and columns as foreign keys (outgoing references). SQL Server 2016 (13.x) increases the limit for the number of other tables and columns that can reference columns in a single table (incoming references), from 253 to 10,000. (Requires at least 130 compatibility level.) The increase has the following restrictions:
Greater than 253 foreign key references are only supported for DELETE DML operations. UPDATE and MERGE operations are not supported.
A table with a foreign key reference to itself is still limited to 253 foreign key references.
Greater than 253 foreign key references are not currently available for columnstore indexes, memory-optimized tables, Stretch Database, or partitioned foreign key tables.
Indexes on Foreign Key Constraints
Unlike primary key constraints, creating a foreign key constraint does not automatically create a corresponding index. However, manually creating an index on a foreign key is often useful for the following reasons:
Foreign key columns are frequently used in join criteria when the data from related tables is combined in queries by matching the column or columns in the foreign key constraint of one table with the primary or unique key column or columns in the other table. An index enables the Database Engine to quickly find related data in the foreign key table. However, creating this index is not required. Data from two related tables can be combined even if no primary key or foreign key constraints are defined between the tables, but a foreign key relationship between two tables indicates that the two tables have been optimized to be combined in a query that uses the keys as its criteria.
Changes to primary key constraints are checked with foreign key constraints in related tables.
Referential Integrity
Although the main purpose of a foreign key constraint is to control the data that can be stored in the foreign key table, it also controls changes to data in the primary key table. For example, if the row for a salesperson is deleted from the Sales.SalesPerson table, and the salesperson’s ID is used for sales orders in the Sales.SalesOrderHeader table, the relational integrity between the two tables is broken; the deleted salesperson’s sales orders are orphaned in the SalesOrderHeader table without a link to the data in the SalesPerson table.
A foreign key constraint prevents this situation. The constraint enforces referential integrity by guaranteeing that changes cannot be made to data in the primary key table if those changes invalidate the link to data in the foreign key table. If an attempt is made to delete the row in a primary key table or to change a primary key value, the action will fail when the deleted or changed primary key value corresponds to a value in the foreign key constraint of another table. To successfully change or delete a row in a foreign key constraint, you must first either delete the foreign key data in the foreign key table or change the foreign key data in the foreign key table, which links the foreign key to different primary key data.
Cascading Referential Integrity
By using cascading referential integrity constraints, you can define the actions that the Database Engine takes when a user tries to delete or update a key to which existing foreign keys point. The following cascading actions can be defined.
NO ACTION
The Database Engine raises an error and the delete or update action on the row in the parent table is rolled back.
CASCADE
Corresponding rows are updated or deleted in the referencing table when that row is updated or deleted in the parent table. CASCADE cannot be specified if a timestamp column is part of either the foreign key or the referenced key. ON DELETE CASCADE cannot be specified for a table that has an INSTEAD OF DELETE trigger. ON UPDATE CASCADE cannot be specified for tables that have INSTEAD OF UPDATE triggers.
SET NULL
All the values that make up the foreign key are set to NULL when the corresponding row in the parent table is updated or deleted. For this constraint to execute, the foreign key columns must be nullable. Cannot be specified for tables that have INSTEAD OF UPDATE triggers.
SET DEFAULT
All the values that make up the foreign key are set to their default values if the corresponding row in the parent table is updated or deleted. For this constraint to execute, all foreign key columns must have default definitions. If a column is nullable, and there is no explicit default value set, NULL becomes the implicit default value of the column. Cannot be specified for tables that have INSTEAD OF UPDATE triggers.
CASCADE, SET NULL, SET DEFAULT and NO ACTION can be combined on tables that have referential relationships with each other. If the Database Engine encounters NO ACTION, it stops and rolls back related CASCADE, SET NULL and SET DEFAULT actions. When a DELETE statement causes a combination of CASCADE, SET NULL, SET DEFAULT and NO ACTION actions, all the CASCADE, SET NULL and SET DEFAULT actions are applied before the Database Engine checks for any NO ACTION.
Triggers and Cascading Referential Actions
Cascading referential actions fire the AFTER UPDATE or AFTER DELETE triggers in the following manner:
All the cascading referential actions directly caused by the original DELETE or UPDATE are performed first.
If there are any AFTER triggers defined on the affected tables, these triggers fire after all cascading actions are performed. These triggers fire in opposite order of the cascading action. If there are multiple triggers on a single table, they fire in random order, unless there is a dedicated first or last trigger for the table. This order is as specified by using sp_settriggerorder.
If multiple cascading chains originate from the table that was the direct target of an UPDATE or DELETE action, the order in which these chains fire their respective triggers is unspecified. However, one chain always fires all its triggers before another chain starts firing.
An AFTER trigger on the table that is the direct target of an UPDATE or DELETE action fires regardless of whether any rows are affected. There are no other tables affected by cascading in this case.
If any one of the previous triggers performs UPDATE or DELETE operations on other tables, these actions can start secondary cascading chains. These secondary chains are processed for each UPDATE or DELETE operation at a time after all triggers on all primary chains fire. This process may be recursively repeated for subsequent UPDATE or DELETE operations.
Performing CREATE, ALTER, DELETE, or other data definition language (DDL) operations inside the triggers may cause DDL triggers to fire. This may subsequently perform DELETE or UPDATE operations that start additional cascading chains and triggers.
If an error is generated inside any particular cascading referential action chain, an error is raised, no AFTER triggers are fired in that chain, and the DELETE or UPDATE operation that created the chain is rolled back.
A table that has an INSTEAD OF trigger cannot also have a REFERENCES clause that specifies a cascading action. However, an AFTER trigger on a table targeted by a cascading action can execute an INSERT, UPDATE, or DELETE statement on another table or view that fires an INSTEAD OF trigger defined on that object.
Next steps
The following table lists the common tasks associated with primary key and foreign key constraints.
Ограничения первичных и внешних ключей
Ограничения первичного ключа
Обычно в таблице есть столбец или сочетание столбцов, содержащих значения, уникально определяющие каждую строку таблицы. Этот столбец, или столбцы, называются первичным ключом (PK) таблицы и обеспечивает целостность сущности таблицы. Ограничения первичного ключа часто определяются в столбце идентификаторов, поскольку гарантируют уникальность данных.
При задании ограничения первичного ключа для таблицы компонента Компонент Database Engine гарантирует уникальность данных путем автоматического создания уникального индекса для первичных ключевых столбцов. Этот индекс также обеспечивает быстрый доступ к данным при использовании первичного ключа в запросах. Если ограничение первичного ключа задано более чем для одного столбца, то значения могут дублироваться в пределах одного столбца, но каждое сочетание значений всех столбцов в определении ограничения первичного ключа должно быть уникальным.
В таблице возможно наличие только одного ограничения по первичному ключу.
Первичный ключ не может включать больше 16 столбцов, а общая длина ключа не может превышать 900 байт.
Индекс, формируемый ограничением первичного ключа, не может повлечь за собой выход количества индексов в таблице за пределы в 999 некластеризованных индексов и 1 кластеризованный.
Если для ограничения первичного ключа не указано, является ли индекс кластеризованным или некластеризованным, то создается кластеризованный индекс, если таковой отсутствует в таблице.
Все столбцы с ограничением первичного ключа должны быть определены как не допускающие значения NULL. Если допустимость значения NULL не указана, то все столбцы c ограничением первичного ключа устанавливаются как не допускающие значения NULL.
Если первичный ключ определен на столбце определяемого пользователем типа данных CLR, реализация этого типа должна поддерживать двоичную сортировку.
Foreign Key Constraints
Внешний ключ (FK) — это столбец или сочетание столбцов, которое применяется для принудительного установления связи между данными в двух таблицах с целью контроля данных, которые могут храниться в таблице внешнего ключа. Если один или несколько столбцов, в которых находится первичный ключ для одной таблицы, упоминается в одном или нескольких столбцах другой таблицы, то в ссылке внешнего ключа создается связь между двумя таблицами. Этот столбец становится внешним ключом во второй таблице.
Максимальное количество таблиц и столбцов, на которые может ссылаться таблица в качестве внешних ключей (исходящих ссылок), равно 253. SQL Server 2016 (13.x); увеличивает ограничение на количество других таблиц и столбцов, которые могут ссылаться на столбцы в одной таблице (входящие ссылки), с 253 до 10 000. (Требуется уровень совместимости не менее 130.) Увеличение имеет следующие ограничения:
Превышение 253 ссылок на внешние ключи поддерживается только для операций DML DELETE. Операции UPDATE и MERGE не поддерживаются.
Таблица со ссылкой внешнего ключа на саму себя по-прежнему ограничена 253 ссылками на внешние ключи.
Превышение 253 ссылок на внешние ключи в настоящее время недоступно для индексов columnstore, оптимизированных для памяти таблиц, базы данных Stretch или секционированных таблиц внешнего ключа.
Индексы в ограничениях внешнего ключа
В отличие от ограничений первичного ключа, при создании ограничения внешнего ключа соответствующий индекс автоматически не создается. Тем не менее, часто возникает необходимость создания индекса для внешнего ключа вручную по следующим причинам:
Столбцы внешнего ключа часто используются в критериях соединения при совместном применении в запросах данных из связанных таблиц. Это реализуется путем сопоставления столбца или столбцов в ограничении внешнего ключа в одной таблице с одним или несколькими столбцами первичного или уникального ключа в другой таблице. Индекс позволяет компоненту Компонент Database Engine быстро находить связанные данные в таблице внешних ключей. Впрочем, создание индекса не является обязательным. Данные из двух связанных таблиц можно комбинировать, даже если между таблицами не определены ограничения первичного ключа или внешнего ключа, но связь по внешнему ключу между двумя таблицами показывает, что эти две таблицы оптимизированы для совместного применения в запросе, где ключи используются в качестве критериев.
С помощью ограничений внешнего ключа в связанных таблицах проверяются изменения ограничений первичного ключа.
Ссылочная целостность
Ограничение внешнего ключа предотвращает возникновение этой ситуации. Ограничение обеспечивает целостность ссылок следующим образом: оно запрещает изменение данных в таблице первичного ключа, если такие изменения сделают недопустимой ссылку в таблице внешнего ключа. Если при попытке удалить строку в таблице первичного ключа или изменить значение этого ключа будет обнаружено, что удаленному или измененному значению первичного ключа соответствует определенное значение в ограничении внешнего ключа в другой таблице, то действие выполнено не будет. Для успешного изменения или удаления строки с ограничением внешнего ключа необходимо сначала удалить данные внешнего ключа в таблице внешнего ключа либо изменить в таблице внешнего ключа данные, которые связывают внешний ключ с данными другого первичного ключа.
Каскадная ссылочная целостность
С помощью каскадных ограничений ссылочной целостности можно определять действия, которые компонент Компонент Database Engine будет предпринимать, когда пользователь попытается удалить или обновить ключ, на который указывают еще существующие внешние ключи. Могут быть определены следующие каскадные действия.
NO ACTION
Компонент Компонент Database Engine формирует ошибку, после чего выполняется откат операции удаления или обновления строки в родительской таблице.
CASCADE
Соответствующие строки обновляются или удаляются из ссылающейся таблицы, если данная строка обновляется или удаляется из родительской таблицы. Значение CASCADE не может быть указано, если столбец типа timestamp является частью внешнего или ссылочного ключа. Действие ON DELETE CASCADE не может быть указано в таблице, для которой определен триггер INSTEAD OF DELETE. Предложение ON UPDATE CASCADE не может быть задано применительно к таблицам, для которых определены триггеры INSTEAD OF UPDATE.
SET NULL
Всем значениям, составляющим внешний ключ, присваивается значение NULL, когда обновляется или удаляется соответствующая строка в родительской таблице. Для выполнения этого ограничения внешние ключевые столбцы должны допускать значения NULL. Не может быть задано применительно к таблицам, для которых определены триггеры INSTEAD OF UPDATE.
SET DEFAULT
Все значения, составляющие внешний ключ, при удалении или обновлении соответствующей строки родительской таблицы устанавливаются в значение по умолчанию. Для выполнения этого ограничения все внешние ключевые столбцы должны иметь определения по умолчанию. Если столбец допускает значения NULL и значение по умолчанию явно не определено, значением столбца по умолчанию становится NULL. Не может быть задано применительно к таблицам, для которых определены триггеры INSTEAD OF UPDATE.
Ключевые слова CASCADE, SET NULL, SET DEFAULT и NO ACTION можно сочетать в таблицах, имеющих взаимные ссылочные связи. Если компонент Компонент Database Engine обнаруживает ключевое слово NO ACTION, оно остановит и произведет откат связанных операций CASCADE, SET NULL и SET DEFAULT. Если инструкция DELETE содержит сочетание ключевых слов CASCADE, SET NULL, SET DEFAULT и NO ACTION, то все операции CASCADE, SET NULL и SET DEFAULT выполняются перед поиском компонентом Компонент Database Engine операции NO ACTION.
Триггеры и каскадные ссылочные действия
Каскадные ссылочные действия запускают триггеры AFTER UPDATE или AFTER DELETE следующим образом:
Все каскадные ссылочные действия, прямо вызванные исходными инструкциями DELETE или UPDATE, выполняются первыми.
Если есть какие-либо триггеры AFTER, определенные для измененных таблиц, эти триггеры запускаются после выполнения всех каскадных действий. Эти триггеры запускаются в порядке, обратном каскадным действиям. Если для одной таблицы определены несколько триггеров, они запускаются в случайном порядке, если только не указаны выделенные первый и последний триггеры таблицы. Этот порядок определяется процедурой sp_settriggerorder.
Если последовательности каскадных действий происходят из таблицы, которая была непосредственной целью действий DELETE или UPDATE, порядок запуска триггеров этими последовательностями действий не определен. Однако одна последовательность действий всегда запускает все свои триггеры до того, как это начнет делать следующая.
Триггер AFTER таблицы, являвшейся непосредственной целью действий DELETE или UPDATE, запускается вне зависимости от того, были ли изменены хоть какие-нибудь строки. В этом случае ни на какие другие таблицы каскадирование не влияет.
Если один из предыдущих триггеров выполняет операции DELETE или UPDATE над другими таблицами, эти операции могут вызывать собственные последовательности каскадных действий. Эти вторичные последовательности действий обрабатываются для каждой операции DELETE или UPDATE после выполнения всех триггеров первичных последовательностей действий. Этот процесс может рекурсивно повторяться для последующих операций DELETE или UPDATE.
Выполнение операций CREATE, ALTER, DELETE или других операций языка DDL внутри триггеров может привести к запуску триггеров DDL. Это может привести к дальнейшим операциям DELETE или UPDATE, которые начнут дополнительные последовательности каскадных действий и запустят свои триггеры.
Если в любой конкретной последовательности каскадных ссылочных действий произойдет ошибка, в этой последовательности не будут запущены никакие триггеры AFTER, а для операций DELETE или UPDATE, создаваемых этой последовательностью, будет выполнен откат.
У таблицы, для которой определен триггер INSTEAD OF, может также быть предложение REFERENCES, указывающее конкретное каскадное действие. Однако триггер AFTER целевой таблицы каскадного действия может выполнить инструкцию INSERT, UPDATE или DELETE для другой таблицы или представления, которое запустит триггер INSTEAD OF для этого объекта.
Дальнейшие действия
В следующей таблице перечислены общие задачи, связанные с ограничениями первичного ключа и внешнего ключа.