DBPA · 2.3

关系的完整性

从异常记录追到标识、引用和业务规则

VER. 2608 Built with impress.js

学习目标

看到空学号、失效课程号或 Grade=135 时，判断数据库应按哪条规则拒绝

01根据空学号、失效课程号和越界成绩判断三类完整性约束
02解释主码为什么必须唯一，且主码中的每个属性都不能取空值
03沿一条引用识别外码、参照关系和被参照关系
04用“整体为空或完整匹配已有主码值”检查普通外码、复合外码和自引用
05区分主码、外码的通用规则与“成绩 0—100”等业务规则，并说明规则只写在某个应用中会造成什么不一致

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LEARNING OBJECTIVES

写入或修改后，三类规则都必须成立

先看能否唯一识别，再查引用的学生或课程是否存在，最后检查成绩等业务值

先判断：Student.Sno=NULL　｜　SC.Cno 不存在于 Course　｜　Grade=135

实体完整性

每个元组都应该能够被唯一识别

参照完整性

关系之间的引用能够找到真实目标

用户定义完整性

例如成绩在 0—100 之间，订单金额不能为负

Takeaway

关系数据库必须保证主码和外码规则；成绩范围等规则由具体业务补充

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INTEGRITY CONSTRAINTS

实体完整性：每个学生都必须可识别

主码让每个基本关系元组都能被唯一识别

唯一

任意两个元组不能有相同的主码值

非空

主码中的每个主属性都不能取空值

结果

否则无法确定元组代表哪个实体

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ENTITY INTEGRITY

复合主码的每个属性都不能取空值

SC 中的 (Sno, Cno) 共同标识一条选课记录

同一学生同一课程只登记一次；不考虑重修、跨学期重复或多个教学班

数据	实体完整性	原因
`Sno=20180001`、`Cno=81002`	满足	复合主码完整且可定位元组
`Sno=NULL`、`Cno=81002`	不满足	主码属性不能取空值
`Sno=20180001`、`Cno=NULL`	不满足	主码属性不能取空值
两条记录使用相同 `Sno` 与 `Cno`	不满足	主码值不能重复

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COMPOSITE KEY

先画出引用：SC.Sno → Student.Sno

SC.Sno 是外码；写入 20180001 时，必须能在 Student.Sno 中找到学生

外码 \(F\)

\(R\) 中对应 \(S.K_s\) 的属性或属性组。\(F\) 本身不是 \(R\) 的完整码，但可以是 \(R\) 复合主码的一部分

参照关系 \(R\)

保存外码并提出引用的关系

被参照关系 \(S\)

提供被引用主码的目标关系

Takeaway

外码与目标主码应使用同一个域，即使用相同的数据类型和取值范围

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FOREIGN KEY

写入 SC 前，先确认学生和课程真实存在

外码或者整体为空，或者完整匹配目标关系中已有的主码

\(F\) 的全部属性：或者整体为空，或者等于 \(S\) 中某个元组的完整主码 \(K_s\)

复合外码不能只空其中一部分

Takeaway

外码不能指向一个不存在的对象

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REFERENTIAL RULE

SC 同时参照 Student 与 Course

一条选课记录必须能够找到对应的学生和课程

参照关系	外码 \(F\)（在 `SC` 中的身份）	被参照关系及主码 \(K_s\)
`SC`	`Sno`：外码，也是 `SC` 复合主码属性	`Student.Sno`
`SC`	`Cno`：外码，也是 `SC` 复合主码属性	`Course.Cno`

Takeaway

复合主码时，若复合主码中的属性还分别是单属性外码，则都不能取空值

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STUDENT COURSE REFERENCE

一个关系也可以引用自身

课程的先修课用 Cpno 引用同一个 Course 关系的 Cno

关系角色	关系	属性
参照关系	`Course`	`Cpno` 是外码
被参照关系	`Course`	`Cno` 是主码
合法取值	`Course`	空值或已有课程号

Takeaway

参照关系和被参照关系可以是同一关系；规则仍是“空值或已有主码值”

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SELF REFERENCE

成绩 135 超出业务规则范围

即使学生和课程都存在，Grade=135 仍应被成绩范围规则拒绝

取值范围

成绩必须在 0—100 之间，订单金额不能为负

非空要求

学生姓名或订单创建时间不能为空

非主码属性的业务唯一性

业务编号或其他特定属性不能重复；它不等同于主码唯一性

Takeaway

用户定义完整性在实体、参照完整性之外，补充具体业务规则

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USER DEFINED INTEGRITY

示例：从异常数据定位完整性约束

先找出异常，再判断它违反实体、参照还是用户定义完整性

异常数据	类型	判断依据
两个 `Student` 使用同一 `Sno`	实体完整性	主码值重复
`Student` 的 `Sno` 为空	实体完整性	主属性不能取空值
`SC` 的 `Cno` 不存在于 `Course`	参照完整性	外码无对应主码
`Course` 的 `Cpno` 不存在于 `Course`	参照完整性	自引用目标不存在
`Grade=135`	用户定义完整性	违反成绩范围规则
复合外码只空其中一项	参照完整性	外码不能部分为空

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INTEGRITY DIAGNOSIS

订单系统中的三类完整性错误

OrderNo 不能空或重复；明细必须找到订单和商品；金额与支付状态也要合规

Order(OrderNo, ...) 中 OrderNo 是主码；OrderItem.OrderNo 外码参照 Order.OrderNo，OrderItem.ProductNo 外码参照 Product.ProductNo

对象不明

OrderNo 为空或重复，无法唯一识别订单

引用断裂

OrderItem 引用不存在的订单或商品

业务越界

订单金额为负或支付状态不是规定值

Takeaway

关键规则应由数据库统一检查

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CASE JUDGMENT

练习：诊断一组新的异常记录

任选订单或玩家资产数据，不看前页分类，按标识、引用、业务规则逐项检查

查标识

找出主码为空或重复的记录，并说明为什么它无法代表一个可区分对象（实体或联系）

看引用

从外码走到目标主码，检查外码是整体为空还是完整匹配；自引用也必须找到本关系中已有的主码

查业务规则

检查范围、非空和业务唯一性，并说明这条规则为何不能由主码或外码自动推出

Takeaway

分析每条异常应被哪一类约束拒绝，以及阻止了哪种不可能或相互矛盾的记录

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SECTION REVIEW

本节思维导图

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KNOWLEDGE MAP

本节问题

01Student.Sno=NULL、SC.Cno=99999、SC.Grade=135 分别违反哪类完整性？
02主码为什么必须唯一，且所有主属性都不能取空值？
03\(R\) 保存外码 \(F\)、\(S\) 提供主码 \(K_s\)：两关系各是什么角色，\(F\) 需满足哪些同域和取值条件？复合外码为何不能部分为空？
04OrderItem 的 OrderNo、ProductNo 分别指向哪里？
05用户定义完整性为何不能替代实体与参照完整性？

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SECTION QUESTIONS