《关系数据库完整性规则检查全解析：类型与内涵》
一、关系数据库完整性规则的类型
1、实体完整性
- 实体完整性规则要求关系中的元组在组成主键的属性上不能取空值，主键是用于唯一标识关系中的元组的属性或属性组，在一个学生信息表（student）中，学号（student_id）作为主键，如果允许学号为空值，就无法准确地标识每个学生，这会导致数据的混乱，假设在一个选课系统中，要查询某个学生的选课记录，如果学生表中的学号有空值，就可能无法正确关联到该学生的选课信息。
- 从数据库的设计角度来看，实体完整性保证了表中实体的可区分性，每个实体都应该有一个唯一的标识符，这有助于维护数据的一致性和准确性，在关系模型中，通过限制主键不能为null来实现实体完整性，在数据库管理系统（DBMS）中，当执行插入或更新操作时，系统会自动检查实体完整性规则，如果违反了该规则，例如试图插入一个主键为空的元组，DBMS将拒绝该操作并返回相应的错误信息。
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2、参照完整性
- 参照完整性是不同关系之间或同一关系的不同元组之间的一种约束，它定义了外键与主键之间的引用关系，外键是一个关系中的属性或属性组，它的值必须与另一个关系（或同一关系在某些情况下）中的主键值相匹配，在选课表（course_selection）中有一个外键student_id，它引用了学生表（student）中的主键student_id，这意味着选课表中的student_id的值必须是学生表中已经存在的学号。
- 这种完整性约束的目的是维护数据之间的一致性，如果违反参照完整性，例如在选课表中插入一个不存在于学生表中的学号，就会破坏数据的逻辑关系，在DBMS中，参照完整性的检查通常在对涉及外键的关系进行插入、更新或删除操作时进行，当执行删除操作时，还需要考虑外键的级联操作，如级联删除或设置为空值等策略，以确保数据的完整性。
3、用户定义完整性
- 用户定义完整性是针对某一具体应用的数据必须满足的语义要求，它是由用户根据实际业务规则来定义的，在一个员工工资表（salary）中，工资（salary_amount）属性可能有一定的取值范围，如不能为负数，这是根据企业的财务规定和实际业务逻辑所定义的约束。
- 用户定义完整性还可以包括对属性值格式的要求，在一个电话号码表（phone_number）中，电话号码的格式必须符合特定的规则，如包含一定数量的数字，可能还需要特定的分隔符等，DBMS提供了多种方式来实现用户定义完整性，如使用检查约束（CHECK constraint），用户可以在创建表时定义这些约束，当执行插入或更新操作时，DBMS会检查数据是否满足用户定义的完整性规则，如果不满足则拒绝操作。
4、域完整性
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- 域完整性是指关系中属性的取值必须是在其定义的域范围内，每个属性都有一个定义域，它规定了该属性可以取的值的类型和范围，在一个年龄表（age）中，年龄（age_value）属性的定义域可能是整数类型，并且取值范围可能在0到150之间，如果插入一个非整数或者超出这个范围的值，就违反了域完整性。
- 域完整性的实现依赖于数据类型的定义，在数据库设计中，为每个属性选择合适的数据类型是确保域完整性的第一步，对于日期属性，可以使用日期类型（如DATE类型）来确保只能存储有效的日期值，在执行操作时，DBMS会根据属性的数据类型来检查输入值是否合法，从而维护域完整性。
二、完整性规则检查的意义与操作过程
1、意义
- 保证数据的准确性，通过实体完整性确保每个实体的唯一性标识，避免数据混淆，例如在医院的患者信息管理系统中，如果患者的唯一标识（如患者ID）出现空值或重复，可能会导致医疗记录的错误关联，影响诊断和治疗。
- 维护数据的一致性，参照完整性使得不同表之间的数据关系得以正确维护，以电商系统为例，如果订单表中的用户ID与用户表中的用户ID没有正确的参照关系，可能会出现订单归属错误，或者无法查询到正确的用户信息来进行订单处理。
- 满足特定业务需求，用户定义完整性和域完整性根据具体的业务规则和数据语义来约束数据，在金融系统中，对于账户余额等属性的取值范围和精度要求非常严格，通过完整性规则可以防止错误数据的录入，保证金融交易的准确性和安全性。
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2、操作过程
- 在创建表时，定义各种完整性约束，对于实体完整性，在定义主键时，DBMS会自动设置主键不能为null的约束，例如在创建学生表时，使用“CREATE TABLE student (student_id INT PRIMARY KEY, name VARCHAR(50), …)”语句，PRIMARY KEY”就定义了student_id的实体完整性约束。
- 对于参照完整性，在创建外键时定义引用关系，如在创建选课表时，“CREATE TABLE course_selection (selection_id INT PRIMARY KEY, student_id INT, FOREIGN KEY (student_id) REFERENCES student(student_id))”，这里通过“FOREIGN KEY”和“REFERENCES”定义了选课表中的student_id对外键的参照完整性约束。
- 用户定义完整性可以通过“CHECK”约束来实现，例如在创建员工工资表时，“CREATE TABLE salary (employee_id INT, salary_amount DECIMAL(10, 2) CHECK (salary_amount >= 0))”，其中的“CHECK”约束确保了工资不能为负数。
- 在执行插入、更新和删除操作时，DBMS会自动检查这些完整性规则，如果违反规则，操作将被拒绝，并返回相应的错误提示信息，当试图在选课表中插入一个不存在于学生表中的学号时，DBMS会返回类似“FOREIGN KEY constraint violation”的错误信息。
关系数据库的完整性规则是确保数据库中数据质量的重要保障，通过实体完整性、参照完整性、用户定义完整性和域完整性等多方面的约束，以及在数据库操作过程中的严格检查，能够使数据库系统中的数据准确、一致且符合特定的业务需求。
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