Для чего используются ключи в базах данных
BestProg
Реляционные базы данных. Понятие ключа. Виды ключей. Отношения. Главная и подчиненная таблицы
В данной теме, на примере двух таблиц, определяются основные понятия реляционных баз данных, а именно:
Содержание
Поиск на других ресурсах:
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.
Таблица «Работник». Содержит данные о работнике
Таблица «Зарплата». Содержит сведения о заработной плате работников.
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:
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:
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:
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.
Что такое внешний ключ базы данных? Учебник для новичков
Эта статья написана Бриттни Паркер, писателем из Girls Write Tech, которая специализируется на написании технических материалов. Они стремятся побудить больше женщин-разработчиков делиться своими знаниями.
В мире баз данных существует избыток типов данных и структур, и определение того, какие из них использовать, часто является предметом горячих споров. Понимание различных ключей может помочь вам понять, как лучше всего использовать конкретную систему для ваших уникальных потребностей.
По мере того, как сложность структур данных продолжает развиваться, базы данных перешли на реляционные базы данных и мультимодальные базы данных, которые сегодня используются наиболее часто. Теперь мы можем связать различные таблицы осмысленным образом, используя внешние ключи.
Внешний ключ — это столбец (или группа столбцов), используемый в реляционной базе данных для связи данных между таблицами. Серверы внешних ключей для ссылки на первичный ключ другой существующей таблицы.
Сегодня это руководство познакомит вас с внешними ключами и покажет, как их использовать в SQL.
Что такое внешний ключ в базе данных?
Внешние ключи структурированы в базе данных как общий компонент, связывающий вместе две таблицы. Внешний ключ всегда должен ссылаться на первичный ключ в другом месте.
Исходная таблица называется родительской или ссылочной таблицей, а ссылочная таблица с внешним ключом называется дочерней таблицей.
Ссылки на внешние ключи хранятся в дочерней таблице и связаны с первичным ключом в отдельной таблице.
Столбец, действующий как внешний ключ, должен иметь соответствующее значение в связанной таблице. Это создает ссылочную целостность.
Мы должны быть осторожны при создании таблиц или изменении таблиц (например, при вставке или удалении данных из столбца внешнего ключа), чтобы избежать изменения или разрушения связи между ними.
Скажем, у нас есть две таблицы с именами customerи order. Мы можем использовать внешний ключ для создания связи между ними. В ordersтаблице мы создаем ключ, который ссылается на клиента (т.е. CUSTOMER_ID) в другой таблице.
В CUSTOMER_IDтаблице заказов становится внешним ключом, который ссылается на родительский или первичный ключи в таблице клиентов.
Примечание. Чтобы вставить запись в таблицу заказов, необходимо выполнить ограничение внешнего ключа.
Если мы попытаемся ввести CUSTOMER_IDданные, которых нет в таблице клиентов, мы нарушим целостность ссылочных полномочий таблицы.
Ограничение FK
Точное соединение данных — главная директива. Интеграция программного обеспечения и возможность безопасного обмена данными между приложениями зависят от целостности данных и взаимосвязей с базами данных.
Вот где возникает ограничение. Внешние ключи часто ограничиваются, чтобы гарантировать, что пользователь не может предпринимать действия, которые могут повредить связи зависимостей между таблицами. Это также не позволяет пользователям вводить недопустимые данные.
Мы можем использовать ограничения внешнего ключа, чтобы поддерживать ссылочную целостность наших отношений внешнего ключа. Есть много ссылочных действий, которые мы можем использовать для ограничения, в том числе:
Когда дело доходит до именования ограничений внешнего ключа, мы должны соблюдать следующие общие правила:
Внешний ключ против первичного ключа
В отличие от внешнего ключа, первичный ключ работает в реляционной базе данных для уникальной идентификации определенных записей. Первичные ключи должны быть уникальными для таблицы и часто используются в качестве абсолютной точки отсчета для других типов ключей базы данных.
Внешние ключи используются больше как ссылка, чем как уникальный идентификатор конкретной строки или записи.
В то время как в конкретной таблице или реляционной базе данных можно использовать несколько внешних ключей, для каждой базы данных разрешен только один первичный ключ. Для внешних ключей разрешены повторяющиеся значения, а также нулевые значения.
Нулевые значения не допускаются для первичных ключей, и ссылки на любые первичные ключи в таблице должны быть удалены перед удалением строки / записи первичного ключа.
Внешний ключ против составного ключа
Составные ключи в реляционной базе данных используются для объединения двух или более столбцов в определенной таблице, создавая уникальный идентификатор для этой комбинации столбцов.
Хотя технически ключ-кандидат в качестве составного ключа проверяет уникальность, составные ключи формируются только тогда, когда конкретный столбец или столбцы используются в сочетании друг с другом.
Как и внешние ключи, составные ключи могут использоваться для связывания нескольких таблиц в реляционной базе данных. В отличие от внешних ключей, составные ключи можно определить как первичный ключ при создании некоторых таблиц SQL.
Ссылочные действия внешнего ключа
Ссылочная целостность ограничивается внешними ключами, гарантируя, что значения в конкретной таблице соответствуют значениям, которые находятся в другой таблице.
Эти ссылочные действия усиливают целостность структуры таблицы, снижая вероятность ошибки, гарантируя, что ссылочные столбцы содержат только уникальные наборы значений.
Внешние ключи также могут принимать нулевые значения, но важно отметить, что это может ограничить их способность защищать целостность указанного столбца, поскольку нулевые значения не проверяются.
Совет: передовой опыт указывает на использование NOT NULLограничения при создании внешних ключей для поддержания структурной целостности базы данных.
Создание структуры данных, которая является гибкой и достаточно расширяемой для долгосрочного использования, может становиться все труднее по мере роста сложности и объема данных. Добавление неструктурированных данных может легко привести к ошибкам.
Внешние ключи — чрезвычайно ценный компонент, помогающий обеспечить ясность, согласованность и способность вашей базы данных быстро предоставлять точные результаты.
Внешние ключи в SQL и MySQL
Давайте посмотрим на синтаксис с использованием SQL и MySQL. В следующем примере создается FOREIGN KEY в столбце «PersonID».
Узнайте больше о различных типах баз данных здесь
Следующий синтаксис позволяет нам назвать ограничение FOREIGN KEY:
Реальный пример SQL
А теперь давайте уточним. Ниже Actorsтаблица является таблицей, на которую ссылаются, и называется родительской таблицей. Здесь справочная таблица DigitalAssetsявляется дочерней таблицей.
Мы объявляем столбец как внешний ключ в дочерней таблице, только если для столбца определен индекс. Если столбец не имеет индекса, его нельзя использовать в качестве внешнего ключа.
В нашем примере мы изменяем наш DigitalAssetsи устанавливаем ActorIDстолбец как внешний ключ следующим образом:
Теперь, если мы добавим в DigitalAssetsтаблицу строку с идентификатором актера, которого нет в Actorsтаблице, появится сообщение об ошибке:
Мы также можем создать ограничение внешнего ключа для самой таблицы. Например, это может быть таблица сотрудников со столбцом для идентификации менеджера. Поскольку менеджер также является сотрудником, также будет присутствовать строка, идентифицирующая его.
Идентификатор менеджера будет ссылаться на идентификатор сотрудника в том же столбце, а идентификатор сотрудника будет действовать как внешний ключ.
Для чего используются ключи в базах данных
Ключи представляют способ идентификации строк в таблице. С помощью ключей мы также можем связывать строки между различными таблицами в отношения.
Суперключ
Например, у нас есть сущность Student, которая представляет данные о пользователях и которая имеет следующие атрибуты:
Phone (номер телефона)
Какие атрибуты в данном случае могут составлять суперключ:
Каждого студента уникально может идентифицировать телефонный номер, поэтому любые наборы, в которых встречается атрибут Phone, представляют суперключ.
А вот, к примеру, набор
Потенциальный ключ
Неприводимость : он не может быть сокращен, он содержит минимально возможный набор атрибутов
Уникальность : он должен иметь уникальные значения вне зависимости от изменения строки
Наличие значения : он не должен иметь значения NULL, то есть он обязательно должен иметь значение.
Возьмем ранее выделенные суперключи и найдем среди них candidate key. Первый пять суперключей не соответствуют первому условию, так как все их можно сократить до суперключа
Суперключ
В то же время это может зависеть от ситуации. Если в какой-то систему номер телефона является неотъемлемым атрибутом, например, используется для регистрации и входа в систему, то его можно считать потенциальным ключом. Но в данном случае мы рассматриваем общую ситуацию. И для понимания потенциального ключа необходимо отталкиваться от конкретной системы, которую описывает база данных.
И в таком случае суперключи таблицы не содержат потенциального ключа.
Первичный ключ
Первичный ключ (primary key) непосредственно применяется для идентификации строк в таблице. Он должен соответствовать следующим ограничениям:
Первичный ключ должен быть уникальным все время
Он должен постоянно присутствовать в таблице и иметь значение
Он не должен часто менять свое значение. В идеале он вообще не должен изменять значение.
Как правило, первичный ключ представляет один столбец таблицы, но также может быть составным и состоять из нескольких столбцов.
Если для таблицы можно выделить потенциальный ключ, то его можно использовать в качестве первичного ключа.
Если же потенциальные ключи отсутствуют, то для первичного ключа можно добавить к сущности специальный атрибут, который, как правило, называется, Id или имеет форму [Имя_сущности]Id (например, StudentId), либо может иметь другое название. И обычно данный атрибут принимает целочисленное значение, начиная с 1.
Если же у нас есть несколько потенциальных ключей, то те потенциальные ключи, которые не составляют первичный ключ, являются альтернативными ключами (alternative key).
Например, возьмем представление пользователей на сайтах с двухфакторной авторизацией, где нам обязательно иметь электронный адрес, который нередко выступает в качестве логина, и какой-нибудь номер телефона. В этом случае таблицу пользователей мы можем задать с помощью следующих атрибутов:
Name (имя пользователя)
Email (электронный адрес)
Phone (телефонный номер)
В данном случае атрибуты Email и Phone являются потенциальными ключами, они обязательны в рамках рассматриваемой системы и в принципе уникальны. И теоретически, мы можем использовать один из этих атрибутов в качестве первичного ключа, тогда второй будет альтернативным ключом. Однако опять же поскольку теоретически значения обоих атрибутов могут меняться, то лучше все таки определить дополнительный атрибут специально под первичный ключ.
Ключ отношения
Перви́чный ключ (англ. primary key ) — понятие теории реляционных баз данных, минимальное множество атрибутов, являющееся подмножеством заголовка данного отношения, составное значение которых уникально определяет кортеж отношения. На практике термин первичный ключ обозначает поле (столбец) или группу полей таблицы базы данных, значение которого (или комбинация значений которых) используется в качестве уникального идентификатора записи (строки) этой таблицы.
Содержание
Смысл
В теории реляционных баз данных таблица представляет собой изначально неупорядоченный набор записей. Единственный способ идентифицировать определённую запись в этой таблице — это указать набор значений одного или нескольких полей, который был бы уникальным для этой записи. Отсюда и происходит понятие первичного ключа — набора полей (атрибутов, столбцов) таблицы, совокупность значений которых определена для любой записи (строки) этой таблицы и различна для любых двух записей.
Использование
Первичный ключ в таблице является базовым уникальным идентификатором для записей. Значение первичного ключа используется везде, где нужно указать на конкретную запись. На использовании первичных ключей основана организация связей между таблицами реляционной БД. Чтобы организовать между двумя таблицами связь типа «один к одному» или «один ко многим(многие к одному)» в одну из связываемых таблиц добавляют поле (поля), содержащее(ие) значение первичного ключа записи в связанной таблице (такое поле называют внешним ключом). Для организации связи типа «многие ко многим» создают отдельную таблицу (так называемую «таблицу связи» или «таблицу ассоциации»), каждая запись которой содержит первичные ключи двух связанных записей в разных таблицах.
Классификация
Простые и составные ключи
Первичный ключ может состоять из единственного поля таблицы, значения которого уникальны для каждой записи. Так, например, на предприятии не может быть двух работников с одинаковыми табельными номерами, поэтому в таблице, содержащей записи о работниках, табельный номер может быть первичным ключом. Такой первичный ключ называют простым ключом.
Естественные и суррогатные ключи
Первичный ключ может состоять из информационных полей таблицы (то есть полей, содержащих полезную информацию об описываемых объектах). Такой первичный ключ называют естественным ключом. Теоретически, естественный ключ всегда можно сформировать, в этом случае мы получим т. н. интеллектуальный ключ. На практике, однако, использование естественных ключей наталкивается на определённые сложности:
Вследствие этих и других соображений в практике проектирования БД чаще используют т. н. синтетические (суррогатные) ключи — искусственно созданные технические ключевые поля, не несущие информации об объектах.
Первичный ключ и внешний ключ таблиц реляционных баз данных
Вступление
В прошлой статье (устройство реляционной БД) мы разбирали, как устроена реляционная (табличная) база данных и выяснили, что основными элементами реляционной базы данных являются: таблицы, столбцы и строки, а в математических понятиях: отношения, атрибуты и кортежи. Также часто, строки называют записями, столбцы называют колонками, а пересечение записи и колонки называют ячейкой.
Важно вспомнить, что содержание строки и названия столбцов должны быть уникальны в пределах одной базы данных.
Типы данных в базах
Важно понимать, что можно создавать базы для любых типов данных: текстов, дат, времени, событий, цифр. В зависимости от типа информации реляционные базы данных делят на типы. Каждый тип данных (атрибут) имеет свое обозначение:
Это основные типы данных, которых на самом деле гораздо больше. Причем, каждый язык программирования имеет свой набор системных атрибутов (типов данных).
Что такое первичный ключ и внешний ключ таблиц реляционных баз данных
Первичный ключ
Выше мы вспоминали: каждая строка (запись) БД должна быть уникальна. Именно первичный ключ в виде наборов определенных значений, максимально идентифицируют каждую запись. Можно определить по-другому. Первичный ключ: набор определенных признаков, уникальных для каждой записи. Обозначается первичный ключ, как primary key.
Primary key (PK) очень важен для каждой таблицы. Поясню почему.
На логической связи между таблицами, стоит остановиться подробнее.
Ключ внешний
Foreign key, кратко FK. Обеспечивает однозначную логическую связь, между таблицами одной БД.
Например, есть две таблицы А и В. В таблице А (обувь), есть первичный ключ: размер, в таблице В (цвет) должна быть колонка с названием размер. В этой таблице «размер» это и будет внешний ключ для логической связи таблиц В и А.
Более сложный пример.
Две таблицы данных: Люди и Номера телефонов.
Таблица: Люди
| primary key | Имя |
| 1 | Зайцев |
| 2 | Белкин |
| 3 | Волков |
Таблица: Номера телефонов
| primary key | телефон | foreign key |
| 1 | 12345 | 1 |
| 2 | 54321 | 1 |
| 3 | 678910 | 2 |
| 4 | 109876 | 3 |
| 5 | 13579 | 3 |
В таблице Номера телефонов PK уникален. FK этой таблицы является PK таблицы Люди. Связь между номерами телефонов и людьми обеспечивает FK таблицы телефонов. То есть:
В завершении добавлю, что любая СУБД, управляющая базой данных, имеет технические возможности составить первичный ключ.