Целостность данных

Обеспечение целостности данных и хранимые процедуры

Под термином «целостность данных» мы будем понимать такое состояние базы данных, когда все хранящиеся в ней данные верны. Если происходит сохранение в базе неверных данных, то говорят, что целостность данных потеряна. В этом разделе мы опишем различные методы поддержания целостности данных и типы целостности, определенные в базах данных SQL Server, а также различные типы ограничений, которые служат для реализации целостности данных и способах реализации этих ограничений в базе данных.

В таблицах SQL Server может быть определен ряд свойств различного типа, обеспечивающих целостность данных. К ним относятся типы данных, определения NOT NULL и DEFAULT, свойства IDENTITY, ограничения, правила, триггеры и индексы.

В этом разделе мы познакомимся со всеми этими методами обеспечения целостности данных и типами целостности данных, которые поддерживает SQL Server. А также посвятим некоторое время различным типам целостности данных, в том числе сущностной, доменной, ссылочной целостности и целостности, определяемой пользователем.

Обеспечение целостности данных гарантирует их качество. Предположим, что мы создали в базе данных таблицу Persons. Значение столбца PersonId должно уникально идентифицировать каждую персону, сведения о которой занесены в таблицу. Таким образом, если значение PersonId некоей персоны равно 834, то ни для какой другой персоны это значение не может быть таким же. Далее предположим, что имеется столбец PersonRating, в котором определяется рейтинг персон — в диапазоне от 1 до 10. В этом случае столбец PersonRating не должен допускать ввода ни числа 11, ни каких-либо иных значений, кроме чисел из интервала от 1 до 10. В обоих случаях для обеспечения целостности данных следует применять один из методов, поддерживаемых SQL Server.

Среди методов SQL Server, предназначенных для обеспечения целостности данных, — определения NOT NULL и DEFAULT, свойства IDENTITY, ограничения, правила, триггеры и индексы. Некоторые из них уже упоминались, здесь же приводится их краткое описание. Некоторые свойства таблицы, например определения NOT NULL и DEFAULT, иногда считают ограничениями особого типа. Однако в соответствии с задачами нашего курса, они рассматриваются отдельно от ограничений.

Тип данных — это атрибут, который определяет тип (символьный, целочисленный, двоичный и т. д.) данных, которые могут храниться в поле, параметре или переменной. SQL Server поддерживает несколько системных типов данных, на основе которых можно создавать пользовательские типы данных. Системные типы данных определяют все типы данных, которые можно применять в SQL Server. Типы обеспечивают целостность данных, поскольку вводимые данные должны соответствовать типу, заданному для объекта.

Например, нельзя хранить фамилию в столбце, для которого определен тип данных datetime, поскольку столбец с таким типом данных допускает лишь ввод дат.

Задавая возможность ввода в поле пустых значений, мы определяем, могут ли в этом столбце таблицы храниться пустые значения. Пустое значение отличается от нуля, пробела или символьной строки нулевой длины, например «». Пустое значение означает, что информация не введена, то есть значение не известно или не определено. Возможность ввода в столбец пустых значений задается при определении этого столбца во время создания таблицы или ее модификации. Из-за сложностей, связанных с обработкой пустых значений в SQL Server, в определении столбцов как допускающих, так и не допускающих ввода пустых значений всегда следует использовать ключевые слова NULL или NOT NULL. Если столбец допускает пустые значения, используется ключевое слово NULL, если нет — NOT NULL.

Значения по умолчанию задают значения, которые будет использованы, если при добавлении строки значение поля не задано. Определения DEFAULT создают при определении таблицы (как часть этого определения) или добавляют к уже существующей таблице. В любом столбце разрешено только одно определение DEFAULT.

В любой таблице разрешается создать единственный столбец, который содержит сгенерированные системой последовательные значения, уникально идентифицирующие каждую строку таблицы. Значения столбца с идентификатором обычно уникальны в пределах той таблицы, в которой они определяются. Другими словами, не исключено, что значения столбца идентификатора у разных таблиц могут совпадать. Однако в таких ситуациях обычно не возникает проблем, поскольку значения идентификатора, как правило, используются в контексте одной таблицы, а столбцы с идентификаторами из разных таблиц не связаны.

Ограничения позволяют определять, каким образом SQL Server автоматически обеспечивает целостность данных. Ограничения определяют правила, проверяющие допустимые значения столбцов, и представляют собой стандартные механизмы обеспечения целостности. Ограничения предпочтительнее триггеров, правил или умолчаний. Их также применяет оптимизатор запросов для создания высокопроизводительных планов исполнения запросов.

Правила выполняют ряд функций, аналогичных функциям ограничения CHECK, и применяются для обеспечения совместимости с предыдущими версиями. Предпочтительнее использовать ограничения CHECK, которые являются стандартным способом ограничения значений поля. К тому же ограничения CHECK более четкие, чем правила. К столбцу разрешается применять лишь одно правило, в то время как у одного столбца может быть определено несколько ограничений CHECK. Ограничения CHECK задаются в составе оператора CREATE TABLE, тогда как правила создаются как отдельные объекты, которые затем привязываются к столбцу.

Сначала следует создать правило с помощью оператора CREATE RULE. После этого при помощи системной хранимой процедуры sp_bindrule его привязывают к столбцу или пользовательскому типу данных. Подробнее об использовании CREATE RULE или sp_bindrule — в справочнике по Transact-SQL в SQL Server Books Online.

Триггеры — это особый класс хранимых процедур, автоматически запускаемых при выполнении операторов UPDATE, INSERT или DELETE для таблицы или представления. Триггеры представляют собой мощный инструмент, применяемый для автоматической реализации бизнес-логики при модификации данных. Триггеры способны расширить логику проверки целостности, реализуемую ограничениями, умолчаниями и правилами SQL Server (хотя во всех случаях, когда ограничения способны обеспечить необходимую функциональность, следует использовать их вместо триггеров).

Индекс — это структура, которая упорядочивает значения одного или нескольких столбцов таблицы в базе данных. Индекс предоставляет указатели на значения, хранящиеся в заданных столбцах таблицы, после чего упорядочивает их в соответствии с заданным порядком сортировки. Использование базой данных индекса во многом напоминает обращение читателя к предметному указателю книги: она просматривает индекс в поисках некоторого значения, а затем по указателю находит строку, в которой содержится требуемое значение. Уникальный индекс обеспечивает уникальность значений столбца.

Типы целостности данных

SQL Server поддерживает четыре типа целостности данных: сущностную, доменную и ссылочную целостность, а также целостность, определяемую пользователем.

В некоторых источниках определяется больше (или меньше) четырех типов целостности данных. Однако четыре указанных типа обычно считаются главными типами целостности данных.

Сущностная целостность

Этот тип целостности определяет строку таблицы как уникальный экземпляр некоторой сущности. Сущностная целостность обеспечивает целостность столбца с идентификатором или первичного ключа таблицы (посредством индексов, ограничений UNIQUE, PRIMARY KEY или свойств IDENTITY).

Доменная целостность

Этот тип целостности гарантирует наличие в некотором столбце только допустимых значений. Можно обеспечивать доменную целостность, ограничивая тип (посредством типов данных), формат (с помощью ограничений CHECK и правил) или диапазон допустимых значений (с помощью ограничений FOREIGN KEY и CHECK, определений DEFAULT, определений NOT NULL и правил).

Ссылочная целостность

Этот тип целостности обеспечивает сохранность связей между таблицами при добавлении или удалении записей. В SQL Server ссылочная целостность основана на связях между внешними и первичными ключами или между внешними и уникальными ключами (через ограничения FOREIGN KEY и CHECK). Ссылочная целостность гарантирует согласованность значений ключа в связанных таблицах. Подобная согласованность требует отсутствия ссылок на несуществующие значения и согласованного изменения ссылок на ключ во всей базе данных при изменении самого ключа.

При обеспечении ссылочной целостности SQL Server предотвращает следующие действия пользователей:

• добавление записей в связанную таблицу, если нет необходимой записи в главной таблице;

• изменение значений в главной таблице, в результате которого в связанной таблице останутся «зависшие» записи;

• удаление записей из главной таблицы при наличии связанных записей во внешней таблице.

Конструкция FROM

Конструкцию FROM необходимо помещать в каждом операторе SELECT, который извлекает данные из таблиц или представлений. Эта конструкция позволяет задать список таблиц и представлений, на столбцы которых ссылаются список выбора и конструкция WHERE. Этим таблицам и представлениям могут быть присвоены псевдонимы в конструкции AS. Конструкция FROM, кроме того, позволяет соединять таблицы, задавая условия соединения в конструкции JOIN.

Конструкция FROM представляет собой список имен таблиц, представлений и конструкций JOIN, разделенных запятыми. В следующем примере в операторе SELECT конструкция FROM задает таблицу Persons:

SELECT * FROM Persons

GO

Конструкцию FROM также используют и для определения соединений между двумя таблицами или представлениями. О соединениях более подробно рассказано в следующем разделе.

Конструкции WHERE, GROUP BY и HAVING

В операторе SELECT конструкции WHERE и HAVING определяют строки исходной таблицы, которые необходимы для построения результирующего набора. Конструкции WHERE и HAVING играют роль фильтров. Они задают набор условий поиска: для построения результирующего набора выбираются лишь те строки, которые соответствуют условиям поиска. Например, в операторе SELECT конструкция WHERE возвращает лишь те строки, где в качестве места рождения персоны указан город Красноярск:

SELECT PersonId, LastName, FirstName

FROM Persons

WHERE BirthPlace = 'Krasnoyarsk'

GO

Конструкция HAVING, как правило (но не обязательно), используется вместе с конструкцией GROUP BY. Конструкция HAVING задает дополнительные фильтры, которые применяются после завершения фильтрации, определяемой конструкцией WHERE. В следующем сценарии в операторе SELECT использованы конструкции WHERE, GROUP BY и HAVING:

SELECT OrdD1OrderId AS OrderId,

SUM(OrdD1.Quantity) AS "Units Sold",

SUM(OrdD1.UnitPrice * OrdD1.Quantity) AS Revenue

FROM [Order Details] AS OrdD1

WHERE OrdD1OrderId IN (SELECT DISTINCT OrdD2.OrderId

FROM [Order Details] AS OrdD2

WHERE OrdD2.UnitPrice > $1000)

GROUP BY OrdD1.OrderId

HAVING SUM(OrdD1.Quantity) > 50

GO

Здесь конструкция WHERE возвращает заказы, стоимость которых больше $1000, а далее конструкция HAVING ограничивает результат, отбирая заказы на более чем 50 единиц товара. Конструкция GROUP BY ограничивает строки для каждого конкретного значения поля OrderId.

Конструкция GROUP BY

Конструкция GROUP BY используется для получения итоговых значений в каждой строке результирующего набора. При применении оператора SELECT без конструкции GROUP BY агрегатные функции возвращают лишь одно итоговое значение.

После ключевых слов GROUP BY следует список столбцов, которые называются группирующими. Конструкция GROUP BY ограничивает строки результирующего набора. Для каждого конкретного значения группирующего столбца или столбцов возможна только одна строка. В каждой строке результирующего набора содержатся итоговые данные, связанные с некоторым значением его группирующих столбцов.

Если в операторе SELECT имеется конструкция GROUP BY, SQL Server налагает ограничения на элементы списка выбора. В списке выбора могут быть лишь те группирующие столбцы и выражения, которые возвращают только одно значение для каждого значения группирующих столбцов, например агрегатные функции (векторные агрегаты), одним из параметров которых является имя столбца.

Как правило, конструкция HAVING используется с конструкцией GROUP BY, хотя ее разрешается применять и отдельно. Любое выражение может стать группирующим, если оно не содержит агрегатных функций.

В конструкции GROUP BY необходимо задавать имя столбца таблицы или представления, а не имя столбца результирующего набора, присвоенное с помощью конструкции AS.

В конструкции GROUP BY допустимо указать несколько столбцов в виде вложенных групп, то есть сгруппировать таблицу посредством любой комбинации столбцов.

Понимание верной последовательности, в которой применяются конструкции WHERE, GROUP BY и HAVING, помогает создавать достаточно эффективные запросы:

• конструкция WHERE фильтрует строки, которые являются результатом операций, заданных в конструкции FROM;

• выходная информация конструкции WHERE группируется с помощью конструкции GROUP BY;

• строки сгруппированного результата фильтруются средствами конструкции HAVING.

Любые условия поиска, которые разрешается применять как до, так и после операции группировки, стоит указывать в конструкции WHERE. Таким можно уменьшать количество строк, которые необходимо сгруппировать. В конструкции HAVING следует указывать только те условия поиска, которые надо применять после выполнения операции группировки.

Конструкция ORDER BY

Конструкция ORDER BY сортирует результат запроса по одному или нескольким полям. Сортировка может быть как по возрастанию (ASC), так и по убыванию (DESC). Если не задан ни один из видов сортировки, по умолчанию предполагается ASC. Если в конструкции ORDER BY названо несколько столбцов, выполняется вложенная сортировка.

Следующий оператор сортирует строки таблицы Persons сначала по фамилии (по убыванию), затем по имени (по возрастанию, для каждой персоны) и, наконец, по возрасту (также по возрастанию, поскольку не задан параметр DESC).

SELECT PersonId, LastName, FirstName, Age

FROM Persons

ORDER BY LastName DESC, FirstName, Age

GO

Пакеты, хранимые процедуры и триггеры

Пакет — это группа из одного или нескольких операторов Transact-SQL, которые приложение одновременно посылает на SQL Server для исполнения. SQL Server компилирует операторы пакета в единую исполнимую единицу (план исполнения – Execution Plan). После этого по очереди выполняются операторы этого плана.

Ошибка при компиляции, например синтаксическая, останавливает процесс компиляции плана исполнения. В этом случае ни один из операторов пакета исполнен не будет.

У ошибки периода выполнения, например арифметического переполнения или нарушения ограничения, возможно одно из следующих последствий:

• большинство ошибок периода выполнения останавливают исполнение текущего и последующих операторов пакета;

• некоторые ошибки периода выполнения, например нарушения ограничений, останавливают исполнение лишь текущего оператора. При этом все остальные операторы пакета будут исполнены.

Операторы, исполненные до оператора, вызвавшего ошибку периода выполнения, не испытывают на себе влияния этой ошибки. Единственное исключение: если пакет является транзакцией, то при возникновении ошибки транзакция откатывается. В этом случае происходит отмена всех незафиксированных модификаций, сделанных до возникновения ошибки периода выполнения.

Например, пакет состоит из 3 операторов. Если во втором операторе допущена синтаксическая ошибка, ни один из операторов пакета не будет выполнен. Если пакет уже скомпилирован и при исполнении второго оператора происходит сбой, то результат первого оператора остается без изменений (поскольку он уже получен).

При обработке пакетов действуют следующие правила:

• операторы CREATE DEFAULT, CREATE PROCEDURE, CREATE RULE, CREATE TRIGGER и CREATE VIEW не могут соседствовать в пакетах с другими операторами. Пакет должен начинаться с оператора CREATE. Все следующие за ним операторы будут интерпретированы как часть определения, созданного первым оператором CREATE;

• в пределах одного и того же пакета нельзя модифицировать таблицу и обращаться к новым столбцам;

• если оператор EXECUTE — первый оператор пакета, ключевое слово EXECUTE не требуется. Но оно необходимо, когда оператор EXECUTE не является первым оператором пакета.

Итак, пакет — это набор из одного или нескольких операторов, которые клиент отсылает как единую группу. При компиляции каждого пакета получается один план исполнения. Если пакет состоит из нескольких операторов SQL, то из всех оптимизированных шагов, необходимых для исполнения каждого оператора, формируется единый план исполнения.

Для того чтобы задать пакет, имеется несколько способов.

• Все операторы SQL, которые приложение отправляет на сервер как единицу исполнения, составляют единый пакет и генерируют один план исполнения.

• Все операторы хранимой процедуры или триггера составляют единый пакет. При компиляции любой хранимой процедуры или триггера получается единственный план исполнения.

• Строка, обрабатываемая оператором EXECUTE, интерпретируется как пакет, в результате компиляции которого получается один план исполнения.

• Строка, исполняемая системной хранимой процедурой sp_executesql, — это пакет, при компиляции которого получается один план исполнения.

Если приложение посылает пакет, в котором содержится оператор EXECUTE, план исполнения для обрабатываемой строки или хранимой процедуры выполняется отдельно от плана исполнения оператора EXECUTE. План исполнения, сгенерированный для строки, которую исполняет хранимая процедура sp_executesql, также будет отделен от плана исполнения остальной части пакета, в котором присутствует вызов процедуры sp_executesql.

Если оператор пакета вызывает триггер, то план исполнения триггера выполняется отдельно от плана исполнения исходного пакета.

Например, пакет, который содержит следующие четыре оператора, генерирует пять планов исполнения:

• оператор EXECUTE, исполняющий хранимую процедуру;

• вызов процедуры sp_executesql для обработки строки;

• оператор EXECUTE, обрабатывающий строку;

• оператор UPDATE, ссылающийся на таблицу, у которой есть триггер на обновление.

EXEC FirstProcedure

EXEC sp_executesql N'SELECT * FROM AdventureWorks.HumanResources.Employee

WHERE ManagerID = @level',

N'@level tinyint',

@level = 109;

EXEC ('sp_who')

UPDATE Persons

SET PersonName = 'kuku'

GO

Хранимая процедура — это группа операторов Transact-SQL, которая компилируется один раз и после этого может выполняться многократно. Такая функциональность повышает производительность, поскольку отпадает необходимость в перекомпиляции операторов Transact-SQL.

Триггер — это хранимая процедура особого типа, которую пользователь не вызывает непосредственно. При создании триггера определяются условия его исполнения: триггер должен быть исполнен при определенной модификации данных в заданной таблице или столбце.

Операторы CREATE PROCEDURE и CREATE TRIGGER не могут располагаться в нескольких пакетах. Другими словами, хранимая процедура или триггер всегда создаются в одном пакете и компилируются в план исполнения.

SQL Server хранит только исходный текст хранимых процедур и триггеров. Когда хранимая процедура или триггер исполняется первый раз, исходный текст компилируется в план исполнения. Если до того, как план исполнения устареет и будет удален из памяти, хранимая процедура или триггер исполняется снова, реляционный механизм обнаруживает существующий план и использует его повторно. Если план устарел и удален из памяти, создается новый план исполнения. Этот процесс напоминает обработку SQL Server всех операторов SQL. Увеличение производительности при применении хранимых процедур и триггеров объясняется постоянством их SQL-операторов, что позволяет SQL Server использовать для них существующие планы исполнения.

В предыдущих версиях SQL Server выигрыш в производительности при использовании хранимых процедур был особенно заметен. Более ранние версии SQL Server не пытались повторно использовать планы исполнения для пакетов, которые не являлись хранимыми процедурами или триггерами. Единственный способ повторного использования планов исполнения заключался в программировании операторов SQL в виде хранимых процедур.

План исполнения хранимых процедур и триггеров исполняется отдельно от плана исполнения пакета, вызывающего хранимые процедуры или срабатывание триггера. Эта возможность позволяет чаще повторно использовать планы исполнения хранимых процедур и триггеров.

Дата добавления: 2014-01-11