3. Реляционная модель данных: целостность

Целостная часть описывает ограничения специального вида, которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Это целостность сущностей и целостность внешних ключей.

Кодд предложил два декларативных механизма поддержки целостности реляционных баз данных, которые затверждены в реляционной модели данных и должны поддерживаться в любой реализующей ее СУБД: ограничение целостности сущности, или ограничение первичного ключа и ограничение ссылочной целостности, или ограничение внешнего ключа. 

Ограничение целостности сущности: не должно быть двух одинаковых кортежей. ограничение ссылочной целостности: если атрибуты внутри отношения как-то связаны, то эта связь определяется функциональными связями. Если же связаны отношения, то выделяют понятие родительского отношения с потенциальным ключом (который может быть первичным) и дочернего отношения с копией потенциального ключа родительского. Таким образом, если есть связанные отношения и внешний ключ, то он должен ссылаться на существующий кортеж.

Первичный ключ

Первичный ключ — в реляционной модели данных один из потенциальных ключей отношения, выбранный в качестве основного ключа (или ключа по умолчанию).

Если в отношении имеется единственный потенциальный ключ, он является и первичным ключом. Если потенциальных ключей несколько, один из них выбирается в качестве первичного, а другие называют «альтернативными».

Потенциальный ключ

Потенциальный ключ — в реляционной модели данных — подмножество атрибутов отношения, удовлетворяющее требованиям уникальности и минимальности (несократимости).

Уникальность означает, что нет и не может быть двух кортежей данного отношения, в которых значения этого подмножества атрибутов совпадают (равны). Свойство уникальности определяется не для конкретного значения переменной отношения в тот или иной момент времени, а по всем возможным значениям, то есть следует из внешнего знания о природе и закономерностях данных, которые могут находиться в переменной отношения.

Минимальность (несократимость) означает, что в составе потенциального ключа отсутствует меньшее подмножество атрибутов, удовлетворяющее условию уникальности. Иными словами, если из потенциального ключа убрать любой атрибут, он утратит свойство уникальности. Поскольку все кортежи в отношении по определению уникальны, в нём всегда существует хотя бы один потенциальный ключ (например, включающий все атрибуты отношения).

В отношении может быть одновременно несколько потенциальных ключей. Один из них может быть выбран в качестве первичного ключа отношения, тогда другие потенциальные ключи называют альтернативными ключами.

Внешний ключ

Пусть R1 и R2 — две переменные отношения, не обязательно различные. Внешним ключом FK в R2 является подмножество атрибутов переменной R2 такое, что выполняются следующие требования:

• В переменной отношения R1 имеется потенциальный ключ CK такой, что FK и CK совпадают с точностью до переименования атрибутов (то есть переименованием некоторого подмножества атрибутов FK можно получить такое подмножество атрибутов FK’, что FK’ и CK совпадают как по именами, так и по типам атрибутов).
• В любой момент времени каждое значение FK в текущем значении R2 идентично значению CK в некотором кортеже в текущем значении R1. Иными словами, в каждый момент времени множество всех значений FK в R2 является (нестрогим) подмножеством значений CK в R1. При этом для данного конкретного внешнего ключа FK → CK отношение R1, содержащее потенциальный ключ, называют главным, целевым, или родительским отношением, а отношение R2, содержащее внешний ключ, называют подчинённым, или дочерним отношением.