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案例頻道 DBMS已從早期的分散的一個(gè)個(gè)計(jì)算模型、網(wǎng)絡(luò)/文件服務(wù)計(jì)算模型(針對文件)發(fā)展到現(xiàn)在的Client/Server計(jì)算模型(針對表中的一行)。Client/Server模型是非對等的(decoupled)，客戶發(fā)出服務(wù)請求，服務(wù)器作出響應(yīng)，提供服務(wù)，即所謂的"請求驅(qū)動(dòng)"。DB的Client/Server系統(tǒng)由DBServer、客戶應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)組成。DBServer(即后端)負(fù)責(zé)有效地管理系統(tǒng)的資源，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)等。客戶應(yīng)用程序(即前端)是系統(tǒng)中供用戶與數(shù)據(jù)進(jìn)行交互的部件，主要任務(wù)是提供交互式界面完成數(shù)據(jù)的錄入、分析、檢查和顯示，向DBServer發(fā)出請求(SQL語句)并接收結(jié)果和錯(cuò)誤信息。網(wǎng)絡(luò)和通信軟件是系統(tǒng)中客戶和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳送的工具。
由于現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫都是開放、多用戶共享，因此維護(hù)數(shù)據(jù)庫的正確性至關(guān)重要。數(shù)據(jù)庫的完整性描述為數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的完整性約束集合，其中完整性約束指數(shù)據(jù)庫的一個(gè)狀態(tài)是否合理。DBS檢查數(shù)據(jù)的狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換，判定它們是否合理，是否應(yīng)予接受。對一個(gè)數(shù)據(jù)庫操作，要判定其是否符合完整性約束，全部斷言無矛盾時(shí)才可以執(zhí)行。完整性約束的形式化定義I=(O,P,A,R),其中O是完整性約束所涉及的數(shù)據(jù)對象集合，P是對象所滿足的謂詞，A是觸發(fā)檢查的條件，R是約束不滿足時(shí)的反應(yīng)動(dòng)作。
一、 常見的數(shù)據(jù)完整性約束
根據(jù)分類角度不同，可將完整性約束分為如下幾類：
?域、元組、集合完整性
?立即約束和推遲(到EOT)約束
?狀態(tài)約束和狀態(tài)演變約束。
?標(biāo)準(zhǔn)和定制的數(shù)據(jù)完整性約束
實(shí)際的系統(tǒng)中，一般將數(shù)據(jù)完整性約束分為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)完整性約束和定制的數(shù)據(jù)完整性約束。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)完整性約束是DBS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部規(guī)則，包括域完整性、實(shí)體完整性和引用完整性。
域完整性(Field Integrity)保證一個(gè)數(shù)據(jù)庫不包含無意義的或不合理的值，即保證表的某一列的任何值是該列域(即合法的數(shù)據(jù)集合)的成員。方法是限制列的數(shù)據(jù)類型、精度、范圍、格式和長度等。
實(shí)體完整性(Entity Integrity)保證一個(gè)表中的每一行必須是唯一的(元組的唯一性)。為保證實(shí)體完整性，需指定一個(gè)表中的一列或一組列作為它的主鍵(Primary Key)。一個(gè)表中每行的主鍵必須確實(shí)含有一個(gè)值。一個(gè)表只能含有一個(gè)主鍵，如需要從其它列中除去重復(fù)的值，可以將一個(gè)或一組非主鍵列指定為一個(gè)候選鍵或唯一值鍵。
引用完整性(Reference Integrity)定義了一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中不同的列和不同的表之間的關(guān)系(主鍵與外鍵)。要求一列或一組列中的值必須要與相關(guān)的一列或一組列中的值相匹配。從屬的一列或一組列稱之為外鍵(Foreign Key)。被引用的列或一組列稱之為父鍵，父鍵必須是一個(gè)主鍵或唯一鍵。外鍵屬于子表或明細(xì)表，父鍵屬于父表或主表。若父鍵和外鍵屬于同一表，則稱之為自引用完整性。子表某行的外鍵必須與主表的主鍵相匹配，只要依賴于某主鍵的外鍵仍存在，主表中包含該主鍵的行就不能刪除。
由于每個(gè)公司的數(shù)據(jù)庫都有自己獨(dú)特的業(yè)務(wù)規(guī)則集，所以系統(tǒng)必須有一種方式來實(shí)現(xiàn)定制的業(yè)務(wù)規(guī)則即定制的數(shù)據(jù)完整性約束。定制的數(shù)據(jù)完整性約束可由如下幾種方法實(shí)施。
一種最原始的方法是將將每一個(gè)完整性約束編入要訪問數(shù)據(jù)庫的每個(gè)應(yīng)用程序中，缺點(diǎn)是在每個(gè)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序中，開發(fā)者都要對相同的完整性規(guī)則進(jìn)行編碼、測試和排錯(cuò)。若某一規(guī)則變動(dòng)，所有相關(guān)的應(yīng)用程序都得改動(dòng)。應(yīng)用程序須向DBServer請求大量的數(shù)據(jù)，以執(zhí)行該應(yīng)用程序內(nèi)部的數(shù)據(jù)完整性規(guī)則檢查，這將阻塞網(wǎng)絡(luò)。因而這是一種耗時(shí)、低性能的方法。
用戶定義的數(shù)據(jù)類型(User-defined DataType)是由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型導(dǎo)出的新數(shù)據(jù)類型，它比標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)類型更準(zhǔn)確地限定了數(shù)據(jù)輸入的范圍。
約束(Check)用于限制列的值域，在數(shù)據(jù)類型限制的基礎(chǔ)上對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行限制。通過邏輯表達(dá)式來定義列的有效值。
缺省(Default) 定義了一個(gè)數(shù)值，當(dāng)用戶向數(shù)據(jù)表插入數(shù)據(jù)時(shí)，若某個(gè)域未給定值，系統(tǒng)自動(dòng)將定義在該域上的缺省作為輸入值，保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的合理性。
規(guī)則(Rule) 是一個(gè)用來綁定域或用戶定義數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)庫對象，規(guī)則說明了哪些數(shù)據(jù)可以輸入到域中。任何時(shí)刻，用戶輸入或修改數(shù)據(jù)（INSERT 或 UPDATE）, DBMS都將檢查該數(shù)據(jù)是否違反綁定在域上的規(guī)則。
存儲(chǔ)過程(Stored Procedure)是由編譯過的SQL語句、控制流語句、變量說明和賦值運(yùn)算等組成的集合，由開發(fā)者創(chuàng)建并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)字典(大部分DBMS叫系統(tǒng)表)中。我們可以通過存儲(chǔ)過程中的語句來定義企業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)則，特別對于復(fù)雜的表與表之間的關(guān)系，用存儲(chǔ)過程來實(shí)現(xiàn)將變得相當(dāng)容易。
觸發(fā)器(Trigger)也是一個(gè)存儲(chǔ)過程，該過程在插入、修改和刪除等操作事前或事后由DBS自動(dòng)激發(fā)(執(zhí)行)。經(jīng)常用于實(shí)現(xiàn)邏輯上相關(guān)的數(shù)據(jù)表之間的數(shù)據(jù)完整性和一致性。觸發(fā)器非常適合于實(shí)施企業(yè)規(guī)則，如果某個(gè)輸入違反了其中的某個(gè)企業(yè)規(guī)則，觸發(fā)器可以顯示相應(yīng)錯(cuò)誤并中止正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)庫動(dòng)作。
二、Client/Server模型下實(shí)施企業(yè)規(guī)則的準(zhǔn)則
在Client/Server系統(tǒng)中，前端和后端都提供數(shù)據(jù)完整性約束。在前端可進(jìn)行域完整性約束，并能定制業(yè)務(wù)規(guī)則。在后端幾乎可以實(shí)現(xiàn)上述所列的所有的完整性約束。E.F.Codd在衡量關(guān)系數(shù)據(jù)庫的十二條準(zhǔn)則之第十條指出關(guān)系完整性約束條件必須用數(shù)據(jù)子語言定義并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)字典中，而不是在應(yīng)用程序中。這樣，當(dāng)完整性約束改變時(shí)，只要修改數(shù)據(jù)字典即可，完整性的改變一般不會(huì)在邏輯上影響應(yīng)用程序的活動(dòng)。
前端應(yīng)用程序也可以進(jìn)行某些完整性檢查并實(shí)施企業(yè)規(guī)則，但是這些做法不能用于取代在數(shù)據(jù)庫里的完整性約束定義。如果數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者完全正確地說明了所有的約束和企業(yè)規(guī)則，則任何違反約束和規(guī)則的數(shù)據(jù)操作都會(huì)引起數(shù)據(jù)庫錯(cuò)誤。前端應(yīng)用程序的任務(wù)是盡量減少產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫錯(cuò)誤的可能性，只有從這個(gè)意義上說，前端應(yīng)用程序才應(yīng)當(dāng)包含完整性檢查和實(shí)施事務(wù)規(guī)則。當(dāng)數(shù)據(jù)庫沒有完整性約束時(shí)，前端應(yīng)用程序必須實(shí)施企業(yè)規(guī)則。
由此我們得出在實(shí)施企業(yè)規(guī)則時(shí)須遵循如下準(zhǔn)則：
?集中在數(shù)據(jù)庫中實(shí)施企業(yè)規(guī)則
?減少對數(shù)據(jù)庫請求的次數(shù)，盡量減少返回結(jié)果
我們在實(shí)施企業(yè)規(guī)則時(shí)，應(yīng)將所有的企業(yè)規(guī)則定義在數(shù)據(jù)字典中，應(yīng)用程序在向數(shù)據(jù)庫提交SQL語句之前盡量減少由用戶引起數(shù)據(jù)庫錯(cuò)誤的可能性，使應(yīng)用程序運(yùn)行順暢，對用戶友好，開銷少。
三、PowerBuilder/SQLServer數(shù)據(jù)完整性約束的實(shí)現(xiàn)技術(shù)
PowerBuilder是當(dāng)今非常流行的前端開發(fā)工具，它提供了豐富的構(gòu)件，能很方便地開發(fā)出界面友好、功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序。下面以功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)窗口為例，說明前端開發(fā)工具如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性約束，PowerBuilder的其它構(gòu)件也提供類似實(shí)現(xiàn)完整性約束的方法。
◆利用列的編輯風(fēng)格(Edit Style)限制列的長度、格式、值域等。PowerBuilder提供無線按鈕(Radio Button)、檢查框(Check Box)、下拉式數(shù)據(jù)窗口(DropDown DataWindow)、下拉式列表框(DropDown List)、編輯屏蔽(Edit Mask)和編輯(Edit)等編輯風(fēng)格來檢查列的數(shù)據(jù)類型。
◆利用列的有效性驗(yàn)證規(guī)則(Validation Rule)對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行限制。在Validation Rule對話框內(nèi)，可輸入規(guī)則定義(Rule Definition)和有效性規(guī)則出錯(cuò)信息(Validation Error Message)。
◆可在ItemChanged事件的Script程序里對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的有效性驗(yàn)證，若輸入數(shù)據(jù)不能通過在ItemChanged事件里所設(shè)置的檢查，則返回動(dòng)作碼1，拒絕輸入數(shù)據(jù)。
◆當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用函數(shù)Update()更新數(shù)據(jù)庫之前，觸發(fā)UpdateStart事件。該事件是用于進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性驗(yàn)證的最后一次機(jī)會(huì)。若輸入數(shù)據(jù)的有效性驗(yàn)證失敗，則返回動(dòng)作碼1，拒絕數(shù)據(jù)更新。
◆針對那些數(shù)據(jù)庫要求必須具備值的列(即那些具有NOT NULL約束的列)，可將對應(yīng)的數(shù)據(jù)窗口的列置為必備域(Required Field)。但是必備域的約束對用戶來說并不友好，用戶必須輸入一個(gè)值，否則無法離開該列。一種替代的辦法是在UpdateStart事件里檢查列(在數(shù)據(jù)庫中為NOT NULL列)的值是否為NULL。
◆利用自定義有效性驗(yàn)證函數(shù)進(jìn)行常規(guī)的數(shù)據(jù)檢查，有助于應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)化和簡化。這些函數(shù)可以用在列的有效性驗(yàn)證規(guī)則，也可以用在Itemchanged事件的Script程序中。一般自定義有效性驗(yàn)證函數(shù)被設(shè)計(jì)成全局函數(shù)、返回布爾型結(jié)果。
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圖一、PowerBuilder數(shù)據(jù)有效性驗(yàn)證的過程
值得注意的是有效性驗(yàn)證規(guī)則對數(shù)據(jù)窗口類的所有實(shí)例都通用，而在Itemchanged事件的Script程序里進(jìn)行有效性驗(yàn)證與具體的數(shù)據(jù)窗口密切相關(guān)。有些有效性驗(yàn)證需進(jìn)行數(shù)據(jù)庫查詢，若需要很高的系統(tǒng)代價(jià)，盡量避免使用。
SQLServer是一個(gè)多用戶的RDBMS，它為復(fù)雜環(huán)境下有效地實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理提供了一個(gè)強(qiáng)有力的Client/Server平臺(tái)，是一種較理想的后端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之一。微軟和SYBASE公司都支持SQLServer產(chǎn)品。下面只以一個(gè)例子來說明在SQLServer中如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的域、實(shí)體、引用完整性約束。有關(guān)于如何用存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器、規(guī)則和用戶定義數(shù)據(jù)類型等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性約束可參見有關(guān)資料。
CREATE TABLE t_user
( stationid SMALLINT NOT NULL,
userid INT NOT NULL ,
mateid SMALLINT NOT NULL,
name CHAR(10),
sex CHAR(1),
birthdate date(8),
PRIMARY KEY(stationid,userid),
UNIQUE(userid,mateid),
FOREIGN KEY(t_unitid) REFERENCES t_unit,
CHECK(sex in('F','M'))
)
CREATE TABLE t_unit
( id SMALLINT NOT NULL,
unitname CHAR(10),
unitaddress CHAR(30),
( stationid SMALLINT NOT NULL,
userid INT NOT NULL ,
mateid SMALLINT NOT NULL,
name CHAR(10),
sex CHAR(1),
birthdate date(8),
PRIMARY KEY(stationid,userid),
UNIQUE(userid,mateid),
FOREIGN KEY(t_unitid) REFERENCES t_unit,
CHECK(sex in('F','M'))
)
CREATE TABLE t_unit
( id SMALLINT NOT NULL,
unitname CHAR(10),
unitaddress CHAR(30),
Unitphone CHAR(12),
PRIMARY KEY(id)
)
以上定義了一個(gè)管理系統(tǒng)DB的用戶檔案表t_user和單位表t_unit，我們可以看出如何定義域完整性、主鍵、外鍵、唯一鍵、NOT NULL和CHECK約束。
PRIMARY KEY(id)
)
以上定義了一個(gè)管理系統(tǒng)DB的用戶檔案表t_user和單位表t_unit，我們可以看出如何定義域完整性、主鍵、外鍵、唯一鍵、NOT NULL和CHECK約束。
四、結(jié)束語
本文討論了分布計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)完整性約束的概念及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。另外，基于Browser/Server計(jì)算模式下的應(yīng)用系統(tǒng)同樣需要考慮數(shù)據(jù)完整性約束的問題，且其與基于Client/Server的數(shù)據(jù)完整性約束相類似。
參考文獻(xiàn)：
[1] 李昭原主編 數(shù)據(jù)庫技術(shù)新發(fā)展 清華大學(xué)出版社，1997
[2] 周龍鑲編著 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù) 中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1990
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)