10 数据完整性之4.1 数据完整性的概念

在关系数据库中，确保数据的准确性和一致性是至关重要的，这就是我们所说的数据完整性。数据完整性不仅关乎数据的输入和存储，更涉及到数据的使用、更新和删除等多方面。

数据完整性的定义

数据完整性是指在数据库管理系统中，数据在整个生命周期中保持其准确性和一致性的能力。数据完整性确保数据库中的数据是可信的，且反映了真实世界中的状态。这种机制保护数据不被错误的数据操作或无效的数据输入所损坏。

数据完整性通常分为以下几种类型：

1. 实体完整性：确保表中的记录是唯一的，通常通过使用主键来维护。
2. 引用完整性：确保表之间的关联性（外键）有效且存在，防止出现孤立的记录。
3. 域完整性：约束字段的数据类型和取值范围，确保合法数据的存入。
4. 用户定义完整性：基于特定业务规则自定义的限制。

数据完整性的应用

为了更好地理解数据完整性，我们可以通过一个的例子来进行说明。

假设我们有一个名为students的表，该表中存储学生的信息。其结构可能如下所示：

CREATE TABLE students (
    student_id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100),
    age INT CHECK (age >= 0 AND age <= 150),
    class_id INT,
    FOREIGN KEY (class_id) REFERENCES classes(class_id)
);

实体完整性示例

在上面的表结构中，student_id字段是主键，确保每个学生都具有唯一标识。比如，尝试插入以下记录：

INSERT INTO students (student_id, name, age, class_id) VALUES (1, 'Alice', 20, 101);
INSERT INTO students (student_id, name, age, class_id) VALUES (1, 'Bob', 21, 102); -- 此处将会失败

上述第二条插入语句会失败，因为student_id的值已经存在，违反了实体完整性规则。

引用完整性示例

在students表中，class_id字段作为外键引用classes表。如果我们尝试将班级ID设置为一个在classes表中不存在的ID时，会导致引用完整性的问题。例如：

INSERT INTO students (student_id, name, age, class_id) VALUES (2, 'Charlie', 22, 999); -- 如果999不存在

上述操作将会失败，因为引用完整性规则要求class_id必须在classes表中有对应的记录。

域完整性示例

域完整性是指限制某个字段的数据类型和取值范围。在我们上面的students表中，age字段使用了CHECK约束。假设我们尝试插入负数值：

INSERT INTO students (student_id, name, age, class_id) VALUES (3, 'David', -1, 101); -- 此处将会失败

这条语句会因为不满足age >= 0的条件而失败，从而维护了字段数据的合法性。

用户定义完整性示例

用户定义完整性是基于特定业务逻辑的规则。例如，如果我们只允许年龄在18至25岁之间的学生参与某个课程，可以通过触发器或应用程序逻辑来强制这一限制。

总结

数据完整性是关系数据库设计和使用过程中极其重要的一个概念。通过确保数据的实体完整性、引用完整性、域完整性和用户定义完整性，数据库不仅可以维护高质量的数据，还能够减少数据一致性问题的发生，为后续的数据分析和处理奠定坚实的基础。

在下一节中，我们将深入讨论完整性约束类型，进一步了解如何在数据库中实现和维护数据完整性。