数据库的约束与数据完整性保障机制

一、概念描述
数据库约束是施加在表数据上的规则，用于保证数据的准确性和一致性。数据完整性分为四类：

1. 实体完整性：通过主键（Primary Key）确保每行数据唯一可标识。
2. 域完整性：通过数据类型、非空（NOT NULL）、检查约束（CHECK）等保证字段值合法。
3. 参照完整性：通过外键（Foreign Key）维护表间关联关系的有效性。
4. 用户定义完整性：根据业务需求自定义的规则（如触发器、唯一索引等）。

二、约束类型详解

1. 主键约束

   • 作用：唯一标识每一行，且不允许NULL值。
   • 示例：

     CREATE TABLE Students (  
         StudentID INT PRIMARY KEY,  -- 单字段主键  
         Name VARCHAR(50) NOT NULL  
     );  
     

   • 复合主键：多个字段共同作为主键，需在表级定义：

     CREATE TABLE Enrollment (  
         StudentID INT,  
         CourseID INT,  
         PRIMARY KEY (StudentID, CourseID)  -- 复合主键  
     );  
     

2. 唯一约束

   • 作用：确保字段值唯一，但允许NULL值（多个NULL视为不同值）。
   • 示例：

     ALTER TABLE Students ADD UNIQUE (Email);  -- 添加唯一约束  
     

3. 外键约束

   • 作用：维护表间关联，防止外键值引用不存在的记录。
   • 示例：

     CREATE TABLE Orders (  
         OrderID INT PRIMARY KEY,  
         StudentID INT,  
         FOREIGN KEY (StudentID) REFERENCES Students(StudentID)  
             ON DELETE CASCADE  -- 级联删除  
     );  
     

   • 外键动作：
     • CASCADE：主表记录删除/更新时，从表关联记录同步操作。
     • SET NULL：主表记录删除时，从表外键设为NULL。
     • RESTRICT（默认）：阻止主表记录被删除（若有关联记录）。

4. 检查约束

   • 作用：限制字段值必须满足条件。
   • 示例：

     CREATE TABLE Employees (  
         Age INT CHECK (Age >= 18),  -- 年龄必须≥18  
         Salary DECIMAL(10,2) CHECK (Salary > 0)  
     );  
     

5. 非空约束

   • 作用：字段值不允许为NULL。
   • 示例：

     CREATE TABLE Products (  
         ProductID INT NOT NULL,  
         ProductName VARCHAR(100) NOT NULL  
     );  
     

三、约束的实现机制

1. 索引支持：

   • 主键和唯一约束自动创建唯一索引，加速唯一性检查。
   • 外键通常在从表上创建索引，提升关联查询性能。

2. 约束验证时机：

   • 立即约束（默认）：在每条DML语句执行时验证。
   • 延迟约束：事务提交时统一验证（例如DEFERRABLE INITIALLY DEFERRED）。

3. 触发器补充：

   • 复杂业务规则（如跨表逻辑）可通过触发器实现，但需谨慎使用以避免性能问题。

四、约束与性能权衡

1. 优点：

   • 防止脏数据入库，降低业务逻辑复杂度。
   • 明确数据关系，提升可维护性。

2. 代价：

   • 约束检查增加DML操作开销（尤其大数据量批量插入时）。
   • 外键可能导致死锁（如多事务循环依赖）。

3. 优化策略：

   • 批量导入数据时暂时禁用约束，完成后重新启用：

     ALTER TABLE Orders DISABLE CONSTRAINT fk_student;  
     -- 批量插入操作  
     ALTER TABLE Orders ENABLE CONSTRAINT fk_student;  
     

   • 对高频写入表，权衡是否用应用层逻辑替代外键。

五、实际应用建议

1. 核心业务表必须定义主键和外键，确保数据一致性。
2. 检查约束可用于简单规则（如状态字段取值范围），复杂逻辑优先考虑应用层实现。
3. 唯一约束替代允许空值的业务键（如手机号、邮箱），避免唯一索引对NULL值的处理歧义。

通过以上机制，数据库约束在底层为数据完整性提供了可靠保障，是数据库设计的基石。