09. 約束與索引的聯系

之所以把約束和索引放到一起來看，主要是因為主鍵約束和唯一鍵約束，它們會自動創建一個對應的索引，先分別看下數據庫中的幾個約束。

一 約束

在關系型數據庫里，通常有5種約束，示例如下：

use tempdb
go
create table s
(
sid     varchar(20),
sname   varchar(20),
ssex    varchar(2)  check(ssex='男' or ssex='女') default '男',
sage    int         check(sage between 0 and 100),
sclass  varchar(20) unique,
constraint PK_s primary key (sid,sclass)
)
create table t
(
teacher  varchar(20) primary key,
sid      varchar(20) not null,
sclass   varchar(20) not null,
num      int,
foreign key(sid,sclass) references s(sid,sclass)
)

單獨定義在某一列上的約束被稱為列級約束，定義在多列上的約束則稱為表級約束。

 

1.主鍵約束

在表中的一列或者多列上，定義主鍵來唯一標識表中的數據行，也就是數據庫設計3范式里的第2范式；

主鍵約束要求鍵值唯一且不能為空：primary key = unique constraint + not null constraint

 

2.唯一鍵約束

唯一約束和主鍵約束的區別就是：允許NULL，SQL Server 中唯一鍵列，僅可以有一行為NULL，ORACLE中可以有多行列值為NULL。

 一個表只能有一個主鍵，但可以有多個唯一鍵：unique index = unique constraint

 

在一個允許為NULL的列上，想要保證非NULL值的唯一性，該怎么辦？

從SQL Server 2008開始，可以用篩選索引(filtered index)

use tempdb
GO
create table tb5
(
id int null
)
create unique nonclustered index un_ix_01
on tb5(id)
where id is not null
GO

 

3.外鍵約束

表中的一列或者多列，引用其他表的主鍵或者唯一鍵。外鍵定義如下：

use tempdb
GO
--drop table tb1,tb2
create table tb1
(
col1 int Primary key,
col2 int
)
insert into tb1 values (2,2),(3,2),(4,2),(5,2)
GO

create table tb2
(
col3 int primary key,
col4 int constraint FK_tb2 foreign key  references tb1(col1)
)
GO

--從表里的同一個列既可以為自己的主鍵，也可以定義為外鍵
--drop table tb1,tb2
create table tb1
(
col1 int Primary key,
col2 int
)
insert into tb1 values (2,2),(3,2),(4,2),(5,2)
GO

create table tb2
(
col3 int primary key, 
col4 int 
)

alter table tb2 WITH NOCHECK
add constraint FK_tb2 foreign key(col3) references tb1(col1)

select object_name(constraint_object_id) constraint_name,
       object_name(parent_object_id) parent_object_name,
       col_name(parent_object_id,parent_column_id) parent_object_column_name,
       object_name(referenced_object_id) referenced_object_name,
       col_name(referenced_object_id,referenced_column_id) referenced_object_column_name
 from sys.foreign_key_columns 
where referenced_object_id = object_id('tb1')

 

外鍵開發維護過程中，常見的問題及解決方法：

(1) 不能將主表中主鍵/唯一鍵的部分列作為外鍵，必須是全部列一起引用

create table tb3
(
c1 int,
c2 int,
c3 int,  
constraint PK_tb3 primary key (c1,c2)
);
                                                                                                                              
create table tb4
(
c4 int constraint FK_tb4 foreign key references tb3(c1),
c5 int,
c6 int
);
/*
Msg 1776, Level 16, State 0, Line 1
There are no primary or candidate keys in the referenced table 'tb3' that match the referencing column list in the foreign key'FK_tb4'.
Msg 1750, Level 16, State 0, Line 1
Could not create constraint. See previous errors.
*/

 

(2) 從表插入數據出錯

insert into tb2 values (1,1)
/*
Msg 547, Level 16, State 0, Line 1
The INSERT statement conflicted with the FOREIGN KEY constraint "FK_tb2". The conflict occurred in database "tempdb", table "dbo.tb1", column 'col1'.
*/
--從表在參照主表中的數據，可以先禁用外鍵(只是暫停約束檢查)
alter table tb2 NOCHECK constraint FK_tb2
alter table tb2 NOCHECK constraint ALL
--從表插入數據后，再啟用外鍵
insert into tb2 values (1,1),(3,3),(4,4)
alter table tb2 CHECK constraint FK_tb2

 

(3) 主表刪除/更新數據出錯

--先刪除從表tb2的數據或禁用外鍵，才能刪除主表tb1中的值，否則報錯如下
--未被引用的行可被直接刪除
insert into tb2 values (2,2)
delete from tb1
GO
/*
Msg 547, Level 16, State 0, Line 3
The DELETE statement conflicted with the REFERENCE constraint "FK_tb2". The conflict occurredin database "tempdb", table "dbo.tb2", column 'col4'.
*/

 

(4) 清空/刪除主表出錯 

--清空主表時，即便禁用外鍵，但外鍵關系依然存在，所以任然無法truncate
truncate table tb1
/*
Msg 4712, Level 16, State 1, Line 2
Cannot truncate table 'tb1' because it is being referenced by a FOREIGN KEY constraint.
*/

--刪除主表也不行
drop table tb1
/*
Msg 3726, Level 16, State 1, Line 2
Could not drop object 'tb1' because it is referenced by a FOREIGN KEY constraint.
*/

--先truncate從表，再truncate主表也不行
truncate table tb2
truncate table tb1

--得先drop從表，或者刪除外鍵引用，主表才可以被truncate，或者改用delete語句
alter table tb2 drop constraint FK_tb2
truncate table tb1

--最后再加上外鍵，注意with nocheck選項，因為主從表里數據不一致了，所以不檢查約束，否則外鍵加不上
alter table tb2 WITH NOCHECK
add constraint FK_tb2 foreign key(col4) references tb1(col1)

最后，雖然一個表上可以創建多個外鍵，但通常出於性能考慮，不推薦使用外鍵，數據參照完整性可以在程序里完成；

 

4.CHECK約束

可定義表達式以檢查列值，通常出於性能考慮，不推薦使用。

 

5.NULL 約束

用於控制列是否允許為NULL。使用NULL時有幾個注意點：

(1) SQL SERVER中聚合函數是會忽略NULL值的；

(2) 字符型的字段，如果not null，那這個字段不能為null值，但可以為''，這是空串，和null是不一樣的；

(3) NULL值無法直接參與比較/運算；

declare @c varchar(100)
set @c = null
if @c<>'abc' or @c  = 'abc'
    print 'null'
else
    print 'I donot know'
GO
declare @i int
set @i = null
print @i + 1

在開發過程中，NULL會帶來3值邏輯，不推薦使用，對於可能為NULL的值可用默認值等來代替。

 

6.DEFAULT約束

從系統視圖來看，default也是被SQL Server當成約束來管理的。

select * from sys.default_constraints

(1) 常量/表達式/標量函數(系統，自定義、CLR函數)/NULL都可以被設置為默認值；

(2) 利用默認值，向表中添加一個NOT NULL的列，如下：

create table tb6(c1 int not null)
insert into tb6 select 1
alter table tb6 add c2 int default 35767 not null
select * from tb6
--在alter table完成前，表一直處於鎖定狀態；
--如果向大型表添加列，對數據頁的操作需要一些時間，最好事先做好評估。

(3) 在insert/update列值時使用默認值

--identity列不需要手動插入值，那么這時只要給c2插入一個值就可以了
create table test_def1(c1 int identity(1,1), c2 int default 0)
insert into test_def1(c2) values(1111)

--如果c2想使用默認值？
insert into test_def1(c2) values(DEFAULT)

--如果全部使用默認值呢？
insert into test_def1 DEFAULT VALUES

--如果表里只有identity列呢？
create table test_def2(c1 int identity(1,1))
insert into test_def2 DEFAULT VALUES

--update的時候也一樣
update test_def1 set c2 = DEFAULT where c2 = 1111

 

二 索引

定義約束時，並沒有定義數據庫實現約束的方法，目前的關系型數據庫系統，主鍵和唯一鍵約束借助唯一索引來實現，所以在創建主鍵/唯一鍵時，都會自動生成一個同名的索引。

那么由約束產生的唯一索引，和單獨創建的唯一索引有什么聯系和區別？

 

1.創建主鍵或唯一鍵約束時，數據庫自動創建唯一索引

自動生成的該索引是無法刪除的，因為這個索引要用於實現約束，在刪除約束的時候，該索引也被刪除。演示腳本如下：

--create table
CREATE TABLE TEST_CONS
(
ID             int,
CODE           varchar(100)
)
--insert data
INSERT INTO TEST_CONS
SELECT 1,'test1'
--add unique constraint
ALTER TABLE TEST_CONS
  ADD CONSTRAINT UQ_TEST_CONS_ID UNIQUE NONCLUSTERED(ID)
--retrieve constraint
SELECT *
  FROM sys.objects
 WHERE parent_object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 'UQ'
--查看約束，返回如下結果：
/*
name    object_id
UQ_TEST_CONS_ID 1243151474
*/
--retrieve index
SELECT *
  FROM sys.indexes
 WHERE object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 2  --2為非聚集索引
--查看約束產生的索引，返回如下結果：
/*
object_id   name
1227151417  UQ_TEST_CONS_ID
*/
--check constraint
INSERT INTO TEST_CONS
SELECT 1,'test1'
--如果插入重復值提示：UNIQUE KEY 約束，返回如下錯誤：
/*
消息，級別，狀態，第行
違反了UNIQUE KEY 約束'UQ_TEST_CONS_ID'。不能在對象'dbo.TEST_CONS' 中插入重復鍵。
*/
 --drop index
 DROP INDEX UQ_TEST_CONS_ID ON TEST_CONS
--如果刪除由約束產生的索引，返回如下錯誤：
/*
消息，級別，狀態，第行
不允許對索引'TEST_CONS.UQ_TEST_CONS_ID' 顯式地使用DROP INDEX。該索引正用於UNIQUE KEY 約束的強制執行。
*/
 --drop constraint
 ALTER TABLE TEST_CONS
  DROP CONSTRAINT UQ_TEST_CONS_ID
--如果刪除約束，索引也被刪除，以下查詢返回空結果集：
--retrieve constraint
SELECT *
  FROM sys.objects
 WHERE parent_object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 'UQ'
--retrieve index
SELECT *
  FROM sys.indexes
 WHERE object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 2  --2為非聚集索引
--drop table
DROP TABLE TEST_CONS

 

另外，約束生成的索引，有些屬性也是無法被修改的，比如：開關IGNORE_DUP_KEY，唯一的辦法是：先刪除約束，再重新定義約束/索引；單獨定義的索引，則沒有這個限制，如下例：

use tempdb
GO

create table tb_cons(ID int constraint pk_tb_cons primary key)
create unique clustered index pk_tb_cons on tb_cons(id) with(DROP_EXISTING = ON, FILLFACTOR = 90)

alter index pk_tb_cons on tb_cons rebuild with(IGNORE_DUP_KEY = ON)
/*
Msg 1979, Level 16, State 1, Line 1
Cannot use index option ignore_dup_key to alter index 'pk_tb_cons' as it enforces a primary or unique constraint.
*/
exec sp_helpindex tb_cons

--單獨創建的唯一索引，屬性可以隨意修改
create unique index ix_tb_cons on tb_cons(id)
alter index ix_tb_cons on tb_cons rebuild with(IGNORE_DUP_KEY = ON, ONLINE = ON)

drop table tb_cons

查看主鍵/唯一鍵約束生成的索引和列

select a.name as index_name,
       c.name as column_name,
       a.is_primary_key,
       a.is_unique_constraint
from sys.indexes a 
inner join sys.index_columns b
on a.object_id=b.object_id
inner join sys.columns c
on a.object_id=c.object_id and b.column_id=c.column_id
where (a.is_primary_key=1 or a.is_unique_constraint=1)
  --and a.object_id=object_id('your_table_name') 

select * from sys.objects where type='PK'
select * From sys.key_constraints where type='PK'
select * from sysconstraints --sql server 2000

在保證數據唯一性上，唯一索引、唯一約束並沒有區別，那么應該使用約束還是索引？

約束定義通常出現在數據庫邏輯結構設計階段，即定義表結構時，索引定義通常出現在數據庫物理結構設計/查詢優化階段。

從功能上來說唯一約束和唯一索引沒有區別，但在數據庫維護上則不太一樣，對於唯一約束可以用唯一索引代替，以方便維護，但是主鍵約束則沒法代替。

 

2. 先創建唯一索引，再創建該索引字段的唯一約束

這時數據庫並不會使用已存在的唯一索引，此時會提示已存在同名索引，約束創建失敗，如果指定不同名的約束，則會生成另個唯一索引。演示腳本如下： 

--create table
CREATE TABLE TEST_CONS
(
ID             int,
CODE           varchar(100)
)
--insert data
INSERT INTO TEST_CONS
SELECT 1,'test1'
--create index
CREATE UNIQUE INDEX UQ_TEST_CONS_ID
ON TEST_CONS(ID)
--retrieve constraint
SELECT *
  FROM sys.objects
 WHERE parent_object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 'UQ'
                                                                                     
--retrieve index
SELECT *
  FROM sys.indexes
 WHERE object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 2  --2為非聚集索引
--check index
INSERT INTO TEST_CONS
SELECT 1,'test1'
--此時提示為：唯一索引
/*
消息2601，級別14，狀態1，第1 行
不能在具有唯一索引'UQ_TEST_CONS_ID' 的對象'dbo.TEST_CONS' 中插入重復鍵的行。
*/
--add constraint
ALTER TABLE TEST_CONS
  ADD CONSTRAINT UQ_TEST_CONS_ID UNIQUE NONCLUSTERED(ID)
--此時無法創建與索引同名的唯一約束，因為約束會去生成同名的索引
/*
消息1913，級別16，狀態1，第2 行
操作失敗，因為在表'TEST_CONS' 上已存在名稱為'UQ_TEST_CONS_ID' 的索引或統計信息。
消息1750，級別16，狀態0，第2 行
無法創建約束。請參閱前面的錯誤消息。
*/
--add constraint
ALTER TABLE TEST_CONS
  ADD CONSTRAINT UQ_TEST_CONS_ID_1 UNIQUE NONCLUSTERED(ID)
--換個名字當然是可以成功的，但此時又生成了唯一索引UQ_TEST_CONS_ID_1
--drop table
DROP TABLE TEST_CONS

 

3.主鍵是否是聚集索引？

SQL Server默認在定義主鍵時，將生成的唯一索引定義為聚集，剛剛接觸的時候容易被搞混淆了。主鍵對應的索引也可以非聚集，如下：

use tempdb
GO
create table test_pk(id int not null)
alter table test_pk add constraint PK_test_pk primary key nonclustered(id);

SQL Server中定義主鍵時，默認生成聚集索引，唯一的好處是主鍵列范圍掃描/查找的效率比較高，但數據插入效率欠佳(聚集索引，非聚集索引，都得被維護一次)，並且主鍵列如果選擇的不好，會影響其他非聚集索引的性能。

ORACLE中定義主鍵時，默認生成非聚集索引，不利於主鍵列的范圍掃描/查找，但是對於數據插入效率更佳，這是不同數據庫產品各自的權衡。