5.1 实体完整性

思维导图：

前言

第5章数据库完整性笔记

定义：
- 完整性：确保数据的正确性和相容性。
  - 正确性：数据与现实世界语义相符、反映实际状况。
  - 相容性：同一对象在数据库的不同关系表中数据逻辑上是一致的。
示例：
- 学号唯一性。
- 性别限定为男或女。
- 本科学生年龄为14-50之间的整数。
- 学生所选课程需为学校提供的。
- 学生所在院系需为学校已建立的。
完整性 vs 安全性：
- 完整性：防止非语义、不正确的数据进入数据库。
- 安全性：防止非法访问和恶意破坏。
维护完整性的关键功能：
1. 定义完整性约束条件：
  - 完整性规则是数据必须满足的语义约束条件。
  - 概括了数据模型中的数据和联系的制约和依存规则。
  - SQL使用实体完整性、参照完整性和用户定义完整性等概念来描述完整性。
2. 完整性检查：
  - 确保数据满足完整性约束。
  - 通常在INSERT、UPDATE、DELETE后进行或在事务提交时进行。
3. 违约处理：
  - 如果操作违反完整性规则，DBMS会采取行动如拒绝或级联执行其他操作。
发展：
- 早期DBMS不支持完整性检查，认为费时。
- 现代商用关系DBMS都支持完整性控制，减轻了应用程序员的负担。
- DBMS核心功能支持完整性控制，为所有用户和应用提供一致的完整性。
- 应用程序实现完整性控制可能有漏洞，可能被其他应用破坏。
之前的内容：
- 第2章2.3节已讲解了关系数据库的三类完整性约束的基本概念。
- 后续会介绍SQL语言实现完整性控制功能的方法。

5.1.1 实体完整性

5.1 实体完整性笔记

定义：
- 实体完整性：在关系模型中使用CREATE TABLE的PRIMARY KEY来定义。
- 主要为两类：
  1. 单属性主码：可以在列级或表级定义。
  2. 多属性主码：只能在表级定义。

示例：

单属性主码：

例5.1：Student表中的Sno属性作为主码。

CREATE TABLE Student
(
  Sno CHAR(9) PRIMARY KEY,     /* 列级定义主码 */
  Sname CHAR(20) NOT NULL,
  Ssex CHAR(2),
  Sage SMALLINT,
  Sdept CHAR(20)
);

或

CREATE TABLE Student
(
  Sno CHAR(9),
  Sname CHAR(20) NOT NULL,
  Ssex CHAR(2),
  Sage SMALLINT,
  Sdept CHAR(20),
  PRIMARY KEY (Sno)           /* 表级定义主码 */
);

多属性主码：

例5.2：SC表中的Sno、Cno属性组作为主码。

CREATE TABLE SC
(
  Sno CHAR(9) NOT NULL,
  Cno CHAR(4) NOT NULL,
  Grade SMALLINT,
  PRIMARY KEY(Sno, Cno)       /* 只能在表级定义主码 */
);

我的理解：

实体完整性是数据库完整性约束的一个核心概念，特别是在关系数据库模型中。为了深入理解这一概念，让我们从以下几个方面来探讨它：

基本定义：
- 实体完整性确保每一个实体（在关系数据库中，通常指的是表中的一行或记录）具有唯一的标识。这意味着对于给定的表，该表的每一行都可以通过一个唯一的值或值组合来区分。
主键的作用：
- 在关系数据库中，实体完整性通常通过主键来实现。一个表只能有一个主键，而这个主键可以是单一的列，也可以是多列的组合。
- 主键的值不能是NULL，因为NULL表示“未知”或“不适用”，而实体的唯一标识不能是未知的。
- 在一个表中，主键的值必须是唯一的，即不能有两个或两个以上的行/记录具有相同的主键值。
为什么需要实体完整性？:
- 数据的唯一性：实体完整性确保了数据的唯一性，避免了数据的重复，从而提高了数据的准确性和可靠性。
- 数据检索：通过确保每个记录都有一个唯一的标识，可以快速、准确地检索到所需的数据。
- 数据关系：在关系数据库中，表与表之间的关联（如外键关系）依赖于实体的唯一标识，实体完整性保证了这种关系的稳定性和可靠性。
实际应用：
- 想象一个学生信息系统，每个学生都有一个唯一的学号。这个学号就是保证每个学生数据唯一性的主键。没有两个学生可以有相同的学号，且学号不能为空。这就是实体完整性在实际应用中的体现。

总之，实体完整性是确保数据的一致性、准确性和可靠性的关键概念，它通过确保每个实体都有一个唯一的标识来实现。在关系数据库设计和管理中，对实体完整性的理解和实施是至关重要的。

5.1.2 实体完整性检查和违约处理

核心概念：

当使用PRIMARY KEY定义了关系的主码，每次数据插入或更新操作时，数据库管理系统会自动检查实体完整性规则。这包括：

唯一性检查：系统会验证主码值是否唯一。如果不唯一，操作会被拒绝。
非空检查：系统会检查主码的所有属性是否有空值。任何空值都会导致操作被拒绝。

方法：

全表扫描：
- 检查主码值唯一性的直观方法是扫描整张表，对比每一条记录的主码值。这样确保没有重复值。
- 这种方法在数据量大时是低效的。
示意图：图5.1全表扫描方法检查主码唯一性
索引方法：
- 为了提高检查的效率，数据库管理系统通常在主码上自动创建索引。
- B+树索引是常见的索引方法，允许快速查找特定的主码值。
- 通过索引查找，可以迅速确定是否有重复的主码值，避免了全表扫描的耗时。
示意图：图5.2使用B+树索引检查主码唯一性

总结：实体完整性是数据库完整性的核心，而高效的检查和处理违约是实现这一完整性的关键。利用索引结构（如B+树）可以有效地加速这一过程，确保数据的准确性和完整性，同时提高操作的效率。

疑问：

什么是B+树？

B+树是一种自平衡的树结构，用于在数据库和文件系统中存储数据。它是B树的一种变种，具有特定的优点，特别是在磁盘存储和数据查找中。

下面是B+树的主要特点和相关解释：

多路平衡搜索树：B+树是一个多路的树结构，每个节点可以有多个孩子。这有助于减少树的高度，因此，使磁盘I/O次数减少（因为树的深度较小）。
所有关键字都出现在叶子节点：与B树不同，B+树的非叶子节点不存储键值记录，只存储键以及键的孩子节点。所有的叶子节点构成一个有序链表，其中包含所有的键和相关的记录或指向记录的指针。
增加和删除是平衡的：当插入或删除关键字时，B+树会自动进行分裂或合并操作，确保每个节点的关键字数量在预定义的范围内，保持树的平衡。
高效的范围查询：由于所有的叶子节点构成一个有序链表，B+树非常适合范围查询，只需找到起始关键字，然后遍历链表即可。
节点含有固定数目的子节点：B+树的节点有一个最大和最小的孩子数目限制。这些限制保证了树的平衡，并且使每次磁盘I/O读取的数据量最大化。