Несколько внешних ключей в таблице. Ограничения первичных и внешних ключей. Внешний ключ как ограничение столбцов

Используются в любой деятельности: в банковской и финансовой отраслях, туристическом бизнесе, складских хозяйствах, на производстве и в обучении. Они представляют собой совокупность таблиц, имеют четкие свойства и подчиняются строгим требованиям. В реляционных БД таблицы называют отношениями.

Что такое первичный ключ в БД

В базе данных первичный ключ таблицы - это один из ее столбцов (Primary key). Разберемся на примере, как это выглядит. Представим простое отношение студентов университета (назовем его "Студенты").

Нам необходимо однозначно определить студента по одному столбцу. Для этого информация в этом столбце для каждой записи должна быть уникальной. Но имеющиеся данные в этом отношении не дают нам однозначно идентифицировать запись, так как на одном курсе и одном факультете могут учиться однофамильцы, тезки и учащиеся с одинаковыми фамилиями и именами. Первичный ключ в базе данных служит для точного определения необходимой строки в отношении. Чаще всего в этом качестве используется числовое поле, автоматически возрастающее с вводом записи (автоинкрементный столбец-идентификатор).

Простой и составной первичный ключ

Primary key может быть простым и составным. Если уникальность записи определяется значением только в одном поле, как описано выше, мы имеем дело с простым ключом. Составной ключ - это первичный ключ базы данных, состоящий из двух и более полей. Рассмотрим следующее отношение клиентов банка.

Паспорта людей могут содержать одни и те же серии либо номера, но паспортов с одним и тем же сочетанием серии и номера не существует. Таким образом, поля "Серия паспорта" и "Номер паспорта" станут составным ключом указанного отношения, однозначно идентифицируя человека.

Связи между отношениями

Итак, первичный ключ в базе данных - это один или несколько столбцов таблицы, позволяющий однозначно идентифицировать строку этого отношения. Для чего же он нужен?

Вернемся к первому примеру с отношением "Студенты". В базе данных, кроме этого отношения, хранится и другая информация, например, успеваемость каждого учащегося. Чтобы не повторять всю информацию, что уже содержится в БД, пользуются ключом, ссылаясь на нужную запись. Это выглядит так.

В двух отношениях примера мы видим поле ID. Это первичные ключи в базе данных для этих таблиц. Как видим, в успеваемости содержатся только ссылки на эти поля из других таблиц без необходимости указывать всю информацию из них.

Естественный и суррогатный ключ

Как определяют первичный ключ таблицы базы данных? Два рассмотренных нами примера - "Студенты" и "Клиенты банка" - иллюстрируют понятия естественного и суррогатного ключа. В таблице клиентов банка мы определили ключ, состоящий из полей "Номер" и "Серия паспорта", использовав уже имеющиеся столбцы. Такой ключ называется естественным, для его определения мы не производили никаких изменений и дополнений. В случае с отношением "Студенты" ни одно поле или сочетание полей не давали нам уникальности. Это вынудило нас ввести дополнительное поле с кодом учащегося. Такой ключ называется суррогатным, для него мы добавили еще один служебный столбец в таблицу. Этот столбец не несет никакой полезной информации и служит только для идентификации записей.

Внешний ключ и целостность данных в БД

Все вышеизложенное приводит нас к внешнему ключу (Foreign key) и целостности БД. Foreign key - это поле, ссылающееся на Primary key внешнего отношения. В таблице успеваемости это столбцы "Студент" и "Дисциплина". Их данные отсылают нас к внешним таблицам. То есть поле "Студент" в отношении "Успеваемость" - это Foreign key, а в отношении "Студент" это первичный ключ в базе данных.

Важным принципом построения баз данных является их целостность. И одно из ее правил - целостность по ссылкам. Это значит, что внешний ключ таблицы не может ссылаться на несуществующий Primary key другого отношения. Нельзя удалить из отношения "Студент" запись с кодом 1000 - Иванов Иван, если на нее ссылается запись из таблицы успеваемости. В правильно построенной БД при попытке удаления вы получите ошибку, что это поле используется.

Существуют и другие группы правил целостности, а также другие ограничения баз данных, которые также заслуживают внимания и должны быть учтены разработчиками.

F oreign Key (внешний ключ) является ключом, используемый для соединения двух таблиц. Его иногда также называют ссылающимся ключом.

Внешний ключ – это столбец или сочетание столбцов, значения которого соответствуют первичному ключу в другой таблице.

Отношения между 2 таблицей соответствует первичному ключу в одной из таблиц с внешним ключом во второй таблице.

Если таблица имеет первичный ключ, определенный на любом поле (ей), то вы не можете иметь две записи, имеющие одинаковое значение этого поля (ей).

Пример

Рассмотрим структуру следующих двух таблиц.

Таблица CUSTOMERS

CREATE TABLE CUSTOMERS(ID INT NOT NULL, NAME VARCHAR (20) NOT NULL, AGE INT NOT NULL, ADDRESS CHAR (25) , SALARY DECIMAL (18, 2), PRIMARY KEY (ID));

Таблица ORDERS

CREATE TABLE ORDERS (ID INT NOT NULL, DATE DATETIME, CUSTOMER_ID INT references CUSTOMERS(ID), AMOUNT double, PRIMARY KEY (ID));

Если таблица ORDERS уже создана и внешний ключ еще не был установлен, то используется синтаксис для задания внешнего ключа путем изменения таблицы.

ALTER TABLE ORDERS ADD FOREIGN KEY (Customer_ID) REFERENCES CUSTOMERS (ID);

Удаление ограничения внешнего ключа

Чтобы удалить ограничение внешнего ключа, используйте следующий синтаксис SQL.

ALTER TABLE ORDERS DROP FOREIGN KEY;

FOREIGN KEY используется для ограничения по ссылкам.
Когда все значения в одном поле таблицы представлены в поле другой таблицы, говорится, что первое поле ссылается на второе. Это указывает на прямую связь между значениями двух полей.

Когда одно пол в таблице ссылается на другое, оно называется внешним ключом ; а поле на которое оно ссылается, называется родительским ключом . Имена внешнего ключа и родительского ключа не обязательно должны быть одинаковыми. Внешний ключ может иметь любое число полей, которые все обрабатываются как единый модуль. Внешний ключ и родительский ключ, на который он ссылается, должны иметь одинаковый номер и тип поля, и находиться в одинаковом порядке. Когда поле является внешним ключом, оно определеным образом связано с таблицей, на которую он ссылается. Каждое значение, (каждая строка) внешнего ключа должно недвусмысленно ссылаться к одному и только этому значению (строке) родительского ключа. Если это условие соблюдается, то база данных находится в состоянии ссылочной целостности .

SQL поддерживает ссылочную целостность с ограничением FOREIGN KEY . Эта функция должна ограничивать значения, которые можно ввести в базу данных, чтобы заставить внешний ключ и родительский ключ соответствовать принципу ссылочной целостности. Одно из действий ограничения FOREIGN KEY - это отбрасывание значений для полей, ограниченных как внешний ключ, который еще не представлен в родительском ключе. Это ограничение также воздействует на способность изменять или удалять значения родительского ключа

Ограничение FOREIGN KEY используется в команде CREATE TABLE (или ALTER TABLE (предназначена для модификации стуктуры таблицы), содержащей поле, которое объявлено внешним ключом. Родительскому ключу дается имя, на которое имеется ссылка внутри ограничения FOREIGN KEY .

Подобно большинству ограничений, оно может быть ограничением таблицы или столбца, в форме таблицы позволяющей использовать многочисленные поля как один внешний ключ.

Синтаксис ограничения таблицы FOREIGN KEY :

FOREIGN KEY REFERENCES

[ ]

Первый список столбцов - это список из одного или более столбцов таблицы, которые отделены запятыми и будут созданы или изменены этой командой.

Pktable - это таблица содержащая родительский ключ. Она может быть таблицей, которая создается или изменяется текущей командой.

Второй список столбцов - это список столбцов, которые будут составлять родительский ключ. Списки двух столбцов должны быть совместимы, т.е.:

• иметь одинаковое число столбцов
• в данной последовательности, первый, второй, третий, и т.д., столбцы списка столбцов внешнего ключа, должны иметь одинаковые типы данных и размеры, что и первый, второй, третий, и т.д., столбцы списка столбцов родительского ключа.
• столбцы в списках обоих столбцов не должны иметь одинаковых имен.

FOREIGN KEY Пример 1

CREATE TABLE Student
(Kod_stud integer NOT NULL PRIMARY KEY ,
Kod_spec integer NOT NULL,

Adres char(50),
Ball decimal),
FOREIGN KEY (Kod_spec) REFERENCES Spec (Kod_spec)
);

При использовании ALTER TABLE вместо CREATE TABLE, для применения ограничения FOREIGN KEY , значения, указываемые во внешнем ключе и родительском ключе, должны быть в состоянии ссылочной целостности. Иначе команда будет отклонена.

Используя ограничение FOREIGN KEY таблицы или столбца, можно не указывать список столбцов родительского ключа, если родительский ключ имеет ограничение PRIMARY KEY . Естественно, в случае ключей со многими полями, порядок столбцов во внешних и первичных ключах должен совпадать, и, в любом случае, принцип совместимости между двумя ключами все еще применим.

FOREIGN KEY Пример 2

CREATE TABLE Student (
Kod_stud integer NOT NULL PRIMARY KEY ,
Fam char(30) NOT NULL UNIQUE,
Adres char(50),
Ball decimal),
Kod_spec integer REFERENCES Spec
);

Поддержание ссылочной целостности требует некоторых ограничений на значения, которые могут быть представлены в полях, объявленных как внешний ключ и родительский ключ. Родительский ключ должен быть структурен, чтобы гарантировать, что каждое значение внешнего ключа будет соответствовать одной указанной строке. Это означает, что он (ключ) должен быть уникальным и не содержать никаких пустых значений(NULL).

Этого не достаточно для родительского ключа в случае выполнения такого требования, как при объявлении внешнего ключа. SQL должен быть уверен, что двойные значения или пустые значения (NULL) не были введены в родительский ключ. Следовательно необходимо убедиться, что все поля, которые используются как родительские ключи, имеют или ограничение PRIMARY KEY или ограничение UNIQUE, наподобие ограничения NOT NULL.

Ссылка внешних ключей только на первичные ключи - хорошая стратегия. Когда используются внешние ключи, они связываются не просто с родительскими ключами, на которые они ссылаются; они связываются с определенной строкой таблицы, где этот родительский ключ будет найден. Сам по себе родительский ключ не обеспечивает никакой информации, которая бы не была уже представлена во внешнем ключе.

Так как цель первичного ключа состоит в том, чтобы идентифицировать уникальность строки, это более логичный и менее неоднозначный выбор для внешнего ключа. Для любого внешнего ключа, который использует уникальный ключ как родительский ключ, необходимо создать внешний ключ, который бы использовал первичный ключ той же самой таблицы для того же самого действия. Внешний ключ, который не имеет никакой другой цели кроме связывания строк, напоминает первичный ключ, используемый исключительно для идентификации строк, и является хорошим средством сохранения структуры базы данных ясной и простой. Внешний ключ может содержать только те значения, которые фактически представлены в родительском ключе или пустые (NULL). Попытка ввести другие значения в этот ключ будет отклонена.

FOREIGN KEY Пример 3

CREATE TABLE payment (
sh_payout integer,
sh_eml integer,
date_payout date,
summ_payout real,
FOREIGN KEY (sh_eml) REFERENCES k_sotr2 (eid)
);

В данном примере FOREIGN KEY столбец sh_eml связывается со столбцом eid из таблицы k_sotr2.

Последнее обновление: 02.07.2017

Базы данных могут содержать таблицы, которые связаны между собой различными связями. Связь (relationship) представляет ассоциацию между сущностями разных типов.

При выделении связи выделяют главную или родительскую таблицу (primary key table / master table) и зависимую, дочернюю таблицу (foreign key table / child table). Дочерняя таблица зависит от родительской.

Для организации связи используются внешние ключи. Внешний ключ представляет один или несколько столбцов из одной таблицы, который одновременно является потенциальным ключом из другой таблицы. Внешний ключ необязательно должен соответствовать первичному ключу из главной таблицы. Хотя, как правило, внешний ключ из зависимой таблицы указывает на первичный ключ из главной таблицы.

Связи между таблицами бывают следующих типов:

Один к одному (One to one)

Один к многим (One to many)

Многие ко многим (Many to many)

Связь один к одному

Данный тип связей встречает не часто. В этом случае объекту одной сущности можно сопоставить только один объект другой сущности. Например, на некоторых сайтах пользователь может иметь только один блог. То есть возникает отношение один пользователь - один блог.

Нередко этот тип связей предполагает разбиение одной большой таблицы на несколько маленьких. Основная родительская таблица в этом случае продолжает содержать часто используемые данные, а дочерняя зависимая таблица обычно хранит данные, которые используются реже.

В этом отношении первичный ключ зависимой таблицы в то же время является внешним ключом, который ссылается на первичный ключ из главной таблицы.

Например, таблица Users представляет пользователей и имеет следующие столбцы:

UserId (идентификатор, первичный ключ)

Name (имя пользователя)

И таблица Blogs представляет блоги пользователей и имеет следующие столбцы:

BlogId (идентификатор, первичный и внешний ключ)

Name (название блога)

В этом случае столбец BlogId будет хранить значение из столбца UserId из таблицы пользователей. То есть столбец BlogId будет выступать одновременно первичным и внешним ключом.

Связь один ко многим

Это наиболее часто встречаемый тип связей. В этом типе связей несколько строк из дочерний таблицы зависят от одной строки в родительской таблице. Например, в одном блоге может быть несколько статей. В этом случае таблица блогов является родительской, а таблица статей - дочерней. То есть один блог - много статей. Или другой пример, в футбольной команде может играть несколько футболистов. И в то же время один футболист одновременно может играть только в одной команде. То есть одна команда - много футболистов.

К примеру, пусть будет таблица Articles, которая представляет статьи блога и которая имеет следующие столбцы:

ArticleId (идентификатор, первичный ключ)

BlogId (внешний ключ)

Title (название статьи)

Text (текст статьи)

В этом случае столбец BlogId из таблицы статей будет хранить значение из столбца BlogId из таблицы блогов.

Связь многие ко многим

При этом типе связей одна строка из таблицы А может быть связана с множеством строк из таблицы В. В свою очередь одна строка из таблицы В может быть связана с множеством строк из таблицы А. Типичный пример - студенты и курсы: один студент может посещать несколько курсов, и соответственно на один курс могут записаться несколько студентов.

Другой пример - статьи и теги: для одной статьи можно определить несколько тегов, а один тег может быть определен для нескольких статей.

Но в SQL Server на уровне базы данных мы не можем установить прямую связь многие ко многим между двумя таблицами. Это делается посредством вспомогательной промежуточной таблицы. Иногда данные из этой промежуточной таблицы представляют отдельную сущность.

Например, в случае со статьями и тегами пусть будет таблица Tags, которая имеет два столбца:

TagId (идентификатор, первичный ключ)

Text (текст тега)

Также пусть будет промежуточная таблица ArticleTags со следующими полями:

TagId (идентификатор, первичный и внешний ключ)

ArticleIdId (идентификатор, первичный и внешний ключ)

Технически мы получим две связи один-ко-многим. Столбец TagId из таблицы ArticleTags будет ссылаться на столбец TagId из таблицы Tags. А столбец ArticleId из таблицы ArticleTags будет ссылаться на столбец ArticleId из таблицы Articles. То есть столбцы TagId и ArticleId в таблице ArticleTags представляют составной первичный ключ и одновременно являются внешними ключами для связи с таблицами Articles и Tags.

Ссылочная целостность данных

При изменении первичных и внешних ключей следует соблюдать такой аспект как ссылочная целостность данных (referential integrity). Ее основная идея состоит в том, чтобы две таблице в базе данных, которые хранят одни и те же данные, поддерживали их согласованность. Целостность данных представляет правильно выстроенные отношения между таблицами с корректной установкой ссылок между ними. В каких случаях целостность данных может нарушаться:

Аномалия удаления (deletion anomaly). Возникает при удалении строки из главной таблицы. В этом случае внешний ключ из зависимой таблицы продолжает ссылаться на удаленную строку из главной таблицы

Аномалия вставки (insertion anomaly). Возникает при вставке строки в зависимую таблицу. В этом случае внешний ключ из зависимой таблицы не соответствует первичному ключу ни одной из строк из главной таблицы.

Аномалии обновления (update anomaly). При подобной аномалии несколько строк одной таблицы могут содержать данные, которые принадлежат одному и тому же объекту. При изменении данных в одной строке они могу прийти в противоречие с данными из другой строки.

Аномалия удаления

Для решения аномалии удаления для внешнего ключа следует устанавливать одно из двух ограничений:

Если строка из зависимой таблицы обязательно требует наличия строки из главной таблицы, то для внешнего ключа устанавливается каскадное удаление. То есть при удалении строки из главной таблицы происходит удаление связанной строки (строк) из зависимой таблицы.

Если строка из зависимой таблицы допускает отсутствие связи со строкой из главной таблицы (то есть такая связь необязательна), то для внешнего ключа при удалении связанной строки из главной таблицы задается установка значения NULL. При этом столбец внешнего ключа должен допускать значение NULL.

Аномалия вставки

Для решения аномалии вставки при добавлении в зависимую таблицу данных столбец, который представляет внешний ключ, должен допускать значение NULL. И таким образом, если добавляемый объект не имеет связи с главной таблицей, то в столбце внешнего ключа будет стоять значение NULL.

Аномалии обновления

Для решения проблемы аномалии обновления применяется нормализация, которая будет рассмотрена далее.

В данной теме, на примере двух таблиц, определяются основные понятия реляционных баз данных, а именно:

• первичный ключ;
• внешний ключ;
• простой и составной ключ;
• отношение, типы отношений;
• искусственный и естественный ключи;
• главная (master) и подчиненная (detail) таблицы.

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.

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:

• найти табельный номер работника Иванов И.И. в таблице «Работник». Значение табельного номера равно 7585;
• в таблице «Зарплата» найти все значения, которые равны 7585 (табельный номер);
• выбрать из таблицы «Зарплата» все значения поля «Начислено», которые соответствуют табельному номеру 7585.

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:

• использовать поле-инкремент (поле-счетчик) как искусственный ключ;
• выбрать из данных одно поле, которое может обеспечить уникальность;
• выбрать из данных несколько полей, которые могут обеспечить уникальность. В этом случае ключ еще будет называться сложным (составным).

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:

• «один к одному» . В этом случае каждой записи одной таблицы соответствует только одна запись другой таблицы;
• «один ко многим» . Это когда одной записи главной таблицы (master) соответствует несколько записей подчиненной таблицы (detail). То есть, каждой записи, которая есть первичным ключом одной таблицы, соответствует несколько записей связанной таблицы;
• «много к одному» . Это когда нескольким записям главной таблицы отвечает одна запись подчиненной таблицы;
• «много ко многим» . Это когда в обоих таблицах существует несколько взаимосвязанных записей.

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.