数据库完整性 第 10 章 完整性约束条件 完整性控制 Oracle 的完整性

什么是数据库的完整性  数据的正确性和相容性  防止不合语义的数据进入数据库 例 : 学生的年龄必须是整数，取值范围为 ； 学生的性别只能是男或女； 学生的学号一定是唯一的； 学生所在的系必须是学校开设的系。  完整性：是否真实地反映现实世界

安整性控制机制 1. 完整性约束条件定义机制 2. 完整性检查机制 3. 违约反应 完整性约束条件：加在数据库数据之上的语义约束条件 检查用户发出的操作请求是否违背了完整性约束条件 如果发现用户的操作请求使数据违背了完整性约束条件， 则采取一定的动作来保证数据的完整性。

10.1 计算机安全性概论 完整性约束条件作用的对象  列：对属性的取值类型、范围、精度等的约束条件  元组：对元组中各个属性列间的联系的约束  关系：对若干元组间、关系集合上及关系之间的联系的约束

静态 对静态对象的约束是反映数据库状态合理性的约束 动态 对动态对象的约束是反映数据库状态变迁的约束 六类完整性约束条件 六类完整性约束条件  静态列级约束  静态元组约束  静态关系约束  动态列级约束  动态元组约束  动态关系约束

对象状态 对象状态 动态列级约束 动态元组约束 动态关系约束 动态列级约束 动态元组约束 动态关系约束 动态 ④ ⑤ ⑥ 动态 ④ ⑤ ⑥ 静态列级约束 静态元组约束 静态关系约束 静态列级约束 静态元组约束 静态关系约束 静态 ① ② ③ 静态 ① ② ③ 对象粒度 对象粒度 列 元组 关系 列 元组 关系

1. 静态列级约束 静态列级约束：对列的取值域的说明 最常见、最简单、最容易实现的一类完整性约束 五类静态列级约束 1) 数据类型约束：数据的类型、长度、单位、精度等 例：学生姓名的数据类型为字符型，长度为 8 3) 取值范围或取值集合的约束 例：规定成绩的取值范围为 0-100; 年龄的取值范围为 性别的取值集合为 [ 男, 女 ] 2) 对数据格式的约束 例：学号：前两位表示入学年份，后四位为顺序编号 日期： YY.MM.DD 。 4) 对空值的约束 ( 空值：未定义或未知的值, 与零值和空格不同 ) 有的列允许空值，有的则不允许，如成绩可为空值 5) 其他约束 例：关于列的排序说明等

2. 静态元组约束 规定元组的各个列之间的约束关系 例：订货关系中发货量 <= 订货量 教师关系中教授的工资 >=700 元 静态元组约束只局限在元组上

3. 静态关系约束 关系的各个元组之间或若干关系之间存在的各种联系或约束 关系字段间存在的函数依赖 例：在学生－课程－教师关系 SJT(S,J,T) 的函数依赖： ( (S,J ） →T, T→J ) 主码： (S, J) 定义某个字段值与一个关系多个元组的统计值之间的约束关系 例：职工平均工资的 2 倍 <= 部门经理的工资 <= 职工平均工资的 5 倍 职工平均工资值 : 统计值 常见静态关系约束： 1) 实体完整性约束 2) 参照完整性约束 3) 函数依赖约束 4) 统计约束

4. 动态列级约束 动态列级约束是修改列定义或列值时应满足的约束条件 1) 修改列定义时的约束 例：将原来允许空值的列改为不允许空值时 : 如果该列目前已存在空值，则拒绝这种修改。 2) 修改列值时的约束 修改列值时新旧值之间要满足的约束条件 例：职工工资调整 >= 原来工资 年龄只能增长

5. 动态元组约束 修改元组值 : 各个属性之间要满足的约束条件 6. 动态关系约束 关系变化前后状态：限制条件 例 : 职工工资调整不得低于其原来工资 + 工龄 ×1.5 例：事务一致性、原子性等约束条件

粒度状 态 列 级 元 组 级 关 系 级 静 态 列定义 · 类型 · 格式 · 值域 · 空值 元组值应满足 的条件 实体完整性约束 参照完整性约束 函数依赖约束 统计约束 动 态 改变列定 义或列值 元组新旧值之 间应满足的约 束条件 关系新旧状态间应 满足的约束条件

10.2 完整性控制 DBMS 的完整性控制机制 关系系统三类完整性的实现 参照完整性的实现

DBMS 的完整性控制机制 1. 定义功能 允许用户定义各类完整性约束条件 2. 检查功能  立即执行的约束 (Immediate constraints) 语句执行完后立即检查是否违背完整性约束  延迟执行的约束 (Deferred constraints) 完整性检查延迟到整个事务执行结束后进行 例：银行数据库中 “ 借贷总金额应平衡 ” 的约束 应该是延迟执行的约束 从账号 A 转一笔钱到账号 B 为一个事务，从账号 A 转出去钱后账就不平了， 必须等转入账号 B 后账才能重新平衡，这时才能进行完整性检查。 3. 违约反应  拒绝该操作  其他处理方法

DBMS 的完整性控制机制 完整性规则五元组表示 : (D ， O ， A ， C ， P) D （ Data ） 约束作用的数据对象； O （ Operation ） 触发完整性检查的数据库操作 当用户发出什么操作请求时需要检查该完整性规则是立即检查 还是延迟检查； A （ Assertion ） 数据对象必须满足的断言或语义约束，这是规 则的主体； C （ Condition ） 选择 A 作用的数据对象值的谓词； P （ Procedure ） 违反完整性规则时触发的过程。

例 1 ：在 “ 学号不能为空 ” 的约束中 D 约束作用的对象为 Sno 属性 O 插入或修改 Student 元组时 A Sno 不能为空 C 无（ A 可作用于所有记录的 Sno 属性） P 拒绝执行该操作

例 2 ：在 “ 教授工资不得低于 1000 元 ” 的约束中 D 约束作用的对象为工资 Sal 属性 O 插入或修改职工元组时 A Sal 不能小于 1000 C 职称 =′ 教授 ′ (A 仅作用于职称 =‘ 教授 ’ 的记录 ) P 拒绝执行该操作

关系系统三类完整性的实现 关系数据库系统都提供了定义和检查实体完整性、参 照完整性和用户定义的完整性的功能 违反实体完整性规则和用户定义的完整性规则的操作： 一般是拒绝执行 违反参照完整性的操作：  拒绝执行  接受这个操作，同时执行一些附加的操作，以保 证数据库的状态正确

参照完整性的实现 例 : 职工－部门数据库包含职工表 EMP 和部门表 DEPT 1 DEPT 关系的主码为部门号 Deptno 2 EMP 关系的主码为职工号 Empno, 外码为部门号 Deptno 称 DEPT 为被参照关系或目标关系， EMP 为参照关系 RDBMS 实现参照完整性时需要考虑以下 4 方面： 外码是否可以接受空值的问题 在参照关系中插入元组时的问题 在被参照关系中删除元组时的问题 修改被参照关系中主码的问题

外码是否可以接受空值的问题 外码是否能够取空值：依赖于应用环境的语义 实现参照完整性： 系统提供定义外码的机制 定义外码列是否允许空值的机制 例 1 ：在职工－部门数据库中， EMP 关系包含有外码 Deptno EMP 关系包含有外码 Deptno 某元组的这一列若为空值，表示这个职工尚未分配到任何具体的部门工 作，和应用环境的语义是相符。 某元组的这一列若为空值，表示这个职工尚未分配到任何具体的部门工 作，和应用环境的语义是相符。 例 2 ：学生－选课数据库 Student 关系为被参照关系，其主码为 Sno 。 SC 为参照关系，外码为 Sno 。 若 SC 的 Sno 为空值：表明尚不存在的某个学生，或者某个不知学号的学 生，选修了某门课程，其成绩记录在 Grade 中，与学校的应用环境是不相符 的，因此 SC 的 Sno 列不能取空值。

在被参照关系中删除元组时的问题 删除被参照关系的某个元组（ student ），而参照关系有若干元 组 (SC) 的外码值与被删除的被参照关系的主码值相同。 违约反应：可有三种策略（正确与否依应用环境的语义来定）  级联删除（ CASCADES ） 将参照关系中外码值与被参照关系中要删除元组主码值相对应的元组一 起删除 将参照关系中外码值与被参照关系中要删除元组主码值相对应的元组一 起删除  受限删除（ RESTRICTED ） 当参照关系中没有任何元组的外码值与要删除的被参照关系的元组的主 码值相对应时，系统才执行删除操作，否则拒绝此删除操作。 当参照关系中没有任何元组的外码值与要删除的被参照关系的元组的主 码值相对应时，系统才执行删除操作，否则拒绝此删除操作。  置空值删除（ NULLIFIES ） 删除被参照关系的元组，并将参照关系中与被参照关系中被删除元组主 码值相等的外码值置为空值。 删除被参照关系的元组，并将参照关系中与被参照关系中被删除元组主 码值相等的外码值置为空值。

例：要删除 Student 关系中 Sno= 的元组， 而 SC 关系中有 4 个元组的 Sno 都等于 。  级联删除：将 SC 关系中所有 4 个 Sno= 的元组一起 删除。如果参照关系同时又是另一个关系的被参照关系， 则这种删除操作会继续级联下去。  受限删除：系统将拒绝执行此删除操作。  置空值删除：将 SC 关系中所有 Sno= 的元组的 Sno 值置为空值。  在学生选课数据库中，显然第一种方法和第二种方法都 是对的。第三种方法不符合应用环境语义。

在参照关系中插入元组时的问题 出现违约操作的情形  需在参照关系中插入元组，而被参照关系不存在相应的元组 违约反应  受限插入 仅当被参照关系中存在相应的元组，其主码值与参照关系插入元组 的外码值相同时，系统才执行插入操作，否则拒绝此操作。 仅当被参照关系中存在相应的元组，其主码值与参照关系插入元组 的外码值相同时，系统才执行插入操作，否则拒绝此操作。  递归插入 首先向被参照关系中插入相应的元组，其主码值等于参照关系插入元组 的外码值，然后向参照关系插入元组。 首先向被参照关系中插入相应的元组，其主码值等于参照关系插入元组 的外码值，然后向参照关系插入元组。

例：向 SC 关系插入（ ， 1 ， 90 ）元组，而 Student 关系中尚没有 Sno=99001 的学生。  受限插入：系统将拒绝向 SC 关系插入（ ， 1 ， 90 ）元组。  递归插入：系统将首先向 Student 关系插入 Sno=99001 的元组，然后向 SC 关系插入（ ， 1 ， 90 ）元组。

修改被参照关系中主码的问题 两种策略  不允许修改主码  允许修改主码 违约操作  要修改被参照关系中某些元组的主码值，而参照关系中有些元 组的外码值正好等于被参照关系要修改的主码值  要修改参照关系中某些元组的主码值，而被参照关系中没有任 何元组的外码值等于被参照关系修改后的主码值 修改的关系是被参照关系：与删除类似 修改被参照关系中主码值同时，用相同的方法修改 参照关系中相应的外码值。  级联修改 : 修改被参照关系中主码值同时，用相同的方法修改 参照关系中相应的外码值。 拒绝此修改操作。只当参照关系中没有任何元组的 外码值等于被参照关系中某个元组的主码值时，这个元组的主 码值才能被修改。  受限修改 : 拒绝此修改操作。只当参照关系中没有任何元组的 外码值等于被参照关系中某个元组的主码值时，这个元组的主 码值才能被修改。 修改被参照关系中主码值，同时将参照关系中相 应的外码值置为空值。  置空值修 : 改修改被参照关系中主码值，同时将参照关系中相 应的外码值置为空值。

例：将 Student 关系中 Sno= 的元组中 Sno 值改为 。 而 SC 关系中有 4 个元组的 Sno=  级联修改：将 SC 关系中 4 个 Sno= 元组中的 Sno 值也改 为 。如果参照关系同时又是另一个关系的被参照关系， 则这种修改操作会继续级联下去。  受限修改：只有 SC 中没有任何元组的 Sno= 时，才能 修改 Student 表中 Sno= 的元组的 Sno 值改为 。  置空值修改：将 Student 表中 Sno= 的元组的 Sno 值改 为 。而将 S 表中所有 Sno= 的元组的 Sno 值置 为空值。

RDBMS 在实现参照完整性时 : 需要向用户提供定义主码、外码的机制 向用户提供按照自己的应用要求，选择处理 依赖关系中对应的元组的方法。

10.3 Oracle 的完整性 Oracle 中的实体完整性  建表时指定关系的主码列 Oracle 中的参照完整性  定义外码列 Oracle 中用户定义的完整性  列非空  列值唯一  检查列值是否满足一个布尔表达式  触发器

数据库完整性 小结 完整性机制的实施会极大地影响系统性能 不同的数据库产品对完整性的支持策略和支持程度是不同的  许多数据库管理系统对完整性机制的支持比对安全性的 支持要晚得多也弱得多。  数据库厂商对完整性的支持越来越好，不仅在能保证实 体完整性和参照完整性而且能在 DBMS 核心定义、检查和 保证用户定义的完整性约束条件。