Ключи отношения

Поскольку отношение с математической точки зрения является множеством, а множества по определению не содержат совпадающих элементов, то никакие два кортежа отношения не могут быть дубликатами друг друга в любой произвольно заданный момент времени. Таким образом, в отношении всегда должен присутствовать некоторый атрибут (или набор атрибутов), однозначно определяющий каждый кортеж отношения и обеспечивающий уникальность строк таблицы. Такой атрибут (или набор атрибутов) называется первичным ключом отношения.

Более строго определить понятие первичного ключа можно следующим образом. Если R – отношение с атрибутами A ₁, A₂, …, A_n, то множество атрибутов K= (A_i, A_j, …, A_k) отношения R является первичным ключом этого отношения тогда и только тогда, когда удовлетворяются два независимых от времени условия:

• уникальность – в произвольный момент времени никакие два кортежа отношения R не имеют одного и того же значения для A_i, A_j, …, A_k;

• минимальность – ни один из атрибутов A_i, A_j,…, A_k не может быть исключен из K без нарушения уникальности.

Для каждого отношения свойством уникальности обладает, по крайней мере, полный набор его атрибутов. Однако требуется обеспечить также условие минимальности. Поэтому, как правило, в отношении всегда имеется один атрибут, обладающий свойством уникальности и являющийся первичным ключом.

В зависимости от количества атрибутов, входящих в ключ, различают простые и сложные (или составные) ключи.

Простой ключ – ключ, содержащий только один атрибут. В общем случае операции объединения выполняются быстрее в том случае, когда в качестве ключа используется самый короткий и самый простой из возможных типов данных. С этой точки зрения наилучшим образом подходит целочисленный тип, который имеет аппаратную поддержку для выполнения над ним логических операций.

Сложный, или составной, ключ – это ключ, состоящий из нескольких атрибутов.

Примечание.

Набор атрибутов, обладающий свойством уникальности, но не обладающий минимальностью, называется суперключом. Суперключ – сложный (составной) ключ с большим числом столбцов, чем необходимо для того, чтобы быть уникальным идентификатором. Такие ключи нередко используются на практике, так как избыточность может оказаться полезной пользователю.

В зависимости от того, содержит ли атрибут, являющийся первичным ключом, какую‑либо информацию, различают искусственные и естественные ключи.

Искусственный, или суррогатный, ключ – это ключ, созданный самой СУБД или пользователем с помощью некоторой процедуры, но сам по себе не содержащий информации. Искусственный ключ используется для создания уникальных идентификаторов строк, когда сущность должна быть описана полностью, чтобы однозначно идентифицировать конкретный элемент. Искусственный ключ часто задействуют вместо значимого сложного ключа, который является слишком громоздким, чтобы применяться в реальной базе данных. Система поддерживает искусственный ключ, но он никогда не виден пользователю.

Естественный ключ – это ключ, в который включены значимые атрибуты и который, таким образом, содержит информацию.

Примечание.

В рассматриваемом нами примере в качестве первичного ключа отношения СТУДЕНТЫ можно рассматривать атрибут №_студенческого_билета. Причем данный ключ является естественным, так как несет вполне определенную информацию.

Каждый из типов первичных ключей имеет свои достоинства и недостатки; их обсуждению посвящено большое количество публикаций. Мы не будем проводить подробное их сравнение, а отметим лишь основные плюсы и минусы каждого из видов ключей.

Основными достоинствами естественных ключей является то, что они несут вполне определенную информацию и их использование не приводит к необходимости добавлять в таблицы атрибуты, значения которых не имеют никакого смысла и требуются лишь для связи между отношениями. Иными словами, естественные ключи позволяют получить более компактную форму таблиц (без избыточных, неинформативных данных) и более естественные связи между ними.

Основным же недостатком естественных ключей является то, что их использование весьма затруднительно в случае изменчивости предметной области. Следует понимать, что значения атрибутов первичного ключа не должны меняться. То есть однажды заданное значение первичного ключа для кортежа не может быть позже изменено. Такое требование ставится в основном для поддержания целостности базы данных. Связь между отношениями обычно устанавливается именно по первичному ключу, и его изменение приведет к нарушению этих связей или к необходимости изменения записей в нескольких таблицах. Даже в сравнительно простых базах данных это может вызвать ряд трудноразрешимых проблем.

Примечание.

В некоторых реляционных СУБД допускается изменение первичного ключа. Иногда это бывает действительно полезно. Однако прибегать к этому следует лишь в случае крайней необходимости.

Типичным примером изменчивой предметной области, в которой для сущности невозможно определить неизменяемый естественный ключ, является любая область с человеком в качестве сущности.

Второй довольно существенный недостаток естественных ключей состоит в том, что, как правило, уникальные естественные ключи являются составными и содержат строковые атрибуты. Как уже отмечалось, максимальная скорость выполнения операций над данными обеспечивается при использовании простых целочисленных ключей. Таким образом, с точки зрения быстродействия системы естественные ключи часто оказываются неоптимальными.

Оба недостатка естественных ключей можно преодолеть, определив в отношениях суррогатные ключи, представляющие собой некоторый универсальный атрибут, как правило, целочисленного типа, не зависящий ни от предметной области, ни, тем более, от структуры отношения, которое он идентифицирует. Таким образом можно обеспечить уникальность и неизменность ключа (раз он никаким образом не зависит от предметной области, то никогда не возникнет необходимость изменять его). Однако за это приходится платить избыточностью данных в таблицах.

Примечание.

Следует заметить, что во многих практических реализациях реляционных СУБД допускается нарушение свойства уникальности кортежей для промежуточных отношений, порождаемых неявно при выполнении запросов. Такие отношения являются не множествами, а мультимножествами, что в ряде случаев позволяет добиться определенных преимуществ, но иногда приводит к серьезным проблемам.

В любой из таблиц может оказаться несколько наборов атрибутов, которые допустимо выбрать в качестве ключа. Такие наборы называются потенциальными, или альтернативными, ключами.

Нередко в отношениях определяются так называемые вторичные ключи. Вторичный ключ представляет собой комбинацию атрибутов, отличную от комбинации, составляющей первичный ключ. Причем вторичные ключи не обязательно обладают свойством уникальности. При их определении могут задаваться следующие ограничения:

• UNIQUE – ограничение уникальности, значения вторичных ключей при данном ограничении не могут дублироваться;

• NOT NULL – при данном ограничении ни один из атрибутов, входящих в состав вторичного ключа, не может принимать значение NULL

Перекрывающиеся ключи – сложные ключи, которые имеют один или несколько общих столбцов.

Дата добавления: 2014-11-25