SQL 数据库约束

约束（Constraints）是确保 PostgreSQL 数据库中数据完整性和一致性的基础。它们就像是数据必须遵守的规则，能够防止不正确、不一致或不完整的信息被存储进来。如果没有约束，数据库很快就会变得不可靠且难以管理。本章将深入探讨四种关键的约束类型：NOT NULL、UNIQUE、PRIMARY KEY 和 FOREIGN KEY，带你全面了解它们的用途、实现方式以及对数据库设计的影响。

1. 了解约束

约束是强制应用在数据表列上的规则。它们限制了可以插入表中的数据类型，从而维护数据的准确性和可靠性。你可以在创建表时定义约束，也可以稍后使用 ALTER TABLE 语句添加约束。约束主要分为两个级别：

• 列级约束 (Column Constraints)： 应用于单个列，仅影响该特定列中允许的数据。
• 表级约束 (Table Constraints)： 应用于整个表，通常用于涉及多个列的约束条件。

2. NOT NULL 约束 (非空约束)

NOT NULL 约束确保一列不能包含 NULL（空）值。对于那些每一行都必须提供数据的必填列来说，这一点至关重要。

2.1 作用与用法

NOT NULL 约束的主要目的是防止关键列中出现缺失或未定义的值。例如，在客户表中，客户的电子邮件地址可能被认为是必填项，因此应定义为 NOT NULL。

2.2 语法与示例

你可以在创建表时定义 NOT NULL 约束，也可以将其添加到现有表中。

在创建表时使用 NOT NULL：

CREATE TABLE employees (
    employee_id SERIAL PRIMARY KEY,
    first_name VARCHAR(50) NOT NULL,
    last_name VARCHAR(50) NOT NULL,
    email VARCHAR(100) UNIQUE NOT NULL,
    hire_date DATE,
    job_id INTEGER
);

在这个例子中，first_name、last_name 和 email 都被定义为 NOT NULL，这意味着每条员工记录都必须为这些列提供具体的值。

向现有表添加 NOT NULL：

ALTER TABLE employees
ALTER COLUMN hire_date SET NOT NULL;

这条语句向 hire_date 列添加了 NOT NULL 约束。但是，如果 hire_date 列中已经包含了 NULL 值，这条语句将会失败。在添加约束之前，你必须先用合适的数据更新这些 NULL 值：

-- 将所有空的入职日期更新为当前日期
UPDATE employees SET hire_date = CURRENT_DATE WHERE hire_date IS NULL;

更新完 NULL 值后，你就可以成功添加 NOT NULL 约束了。

3. UNIQUE 约束 (唯一约束)

UNIQUE 约束确保一列中的所有值都是互不相同的（唯一的）。虽然一个表可以有多个 UNIQUE 约束，但它只能有一个 PRIMARY KEY（主键）约束。

3.1 作用与用法

UNIQUE 约束用于对不应出现重复值的列强制执行唯一性，但这些列不一定是用于标识一行的主标识符。

3.2 语法与示例

与 NOT NULL 类似，UNIQUE 约束可以在创建表时定义，也可以稍后添加。

在创建表时使用 UNIQUE：

CREATE TABLE users (
    user_id SERIAL PRIMARY KEY,
    username VARCHAR(50) UNIQUE NOT NULL,
    email VARCHAR(100) UNIQUE NOT NULL
);

在这里，username 和 email 都被定义为 UNIQUE，这意味着每个用户都必须拥有独一无二的用户名和电子邮件地址。这里还包含了 NOT NULL 约束以防止出现空值，因为默认情况下 UNIQUE 约束是允许存在一个 NULL 值的。

向现有表添加 UNIQUE：

ALTER TABLE users
ADD CONSTRAINT unique_username UNIQUE (username);

这将向 username 列添加一个 UNIQUE 约束。你也可以像代码中那样为约束命名（例如 unique_username），以便日后更容易管理。

4. PRIMARY KEY 约束 (主键约束)

PRIMARY KEY 约束唯一地标识表中的每条记录。它实际上是 NOT NULL 和 UNIQUE 的结合体，这意味着主键列不能包含 NULL 值，并且每一行的值都必须是唯一的。一个表只能有一个主键，该主键可以由一个或多个列组成（称为复合主键）。

4.1 作用与用法

PRIMARY KEY 约束是关系型数据库设计的基石。它确保表中的每一行都能被唯一识别，从而允许与其他表建立关联关系。

4.2 语法与示例

在创建表时使用 PRIMARY KEY：

CREATE TABLE products (
    product_id SERIAL PRIMARY KEY,
    product_name VARCHAR(100) NOT NULL,
    price DECIMAL,
    description TEXT
);

在这个例子中，product_id 是 products 表的主键。SERIAL 关键字会自动为该列生成唯一的、递增的整数。

复合主键 (Composite Primary Key)：

CREATE TABLE order_items (
    order_id INTEGER,
    product_id INTEGER,
    quantity INTEGER,
    PRIMARY KEY (order_id, product_id)
);

在这里，主键是 order_id 和 product_id 的组合，这意味着“订单与产品”的每一次组合都必须是唯一的。

向现有表添加 PRIMARY KEY：

ALTER TABLE products
ADD CONSTRAINT pk_products PRIMARY KEY (product_id);

5. FOREIGN KEY 约束 (外键约束)

FOREIGN KEY 约束用于在两个表的数据之间建立链接。它确保一个表（引用表/子表）中的值必须存在于另一个表（被引用表/父表）中。引用表中的外键列指向被引用表中的主键列。这强制执行了参照完整性 (Referential Integrity)。

5.1 作用与用法

FOREIGN KEY 约束对于在关系型数据库的各个表之间建立关系至关重要。它确保了关系的一致性，并防止出现孤立记录（即子表中引用了父表中不存在的记录）。

5.2 语法与示例

在创建表时使用 FOREIGN KEY：

CREATE TABLE departments (
    department_id SERIAL PRIMARY KEY,
    department_name VARCHAR(50) NOT NULL,
    location VARCHAR(50)
);

CREATE TABLE employees (
    employee_id SERIAL PRIMARY KEY,
    first_name VARCHAR(50) NOT NULL,
    last_name VARCHAR(50) NOT NULL,
    department_id INTEGER,
    FOREIGN KEY (department_id) REFERENCES departments(department_id)
);

在这个例子中，employees 表中的 department_id 列是一个外键，它引用了 departments 表中的 department_id 列（主键）。这保证了每个员工都被分配到一个真实存在的部门。

向现有表添加 FOREIGN KEY：

ALTER TABLE employees
ADD CONSTRAINT fk_department
FOREIGN KEY (department_id)
REFERENCES departments(department_id);

5.3 ON DELETE 与 ON UPDATE 行为

在定义外键时，你可以指定当被引用的行（父表中的行）被删除或更新时要采取的动作。这些动作有助于维护参照完整性。常见的操作包括：

使用 ON DELETE CASCADE 的示例：

CREATE TABLE employees (
    employee_id SERIAL PRIMARY KEY,
    first_name VARCHAR(50) NOT NULL,
    last_name VARCHAR(50) NOT NULL,
    department_id INTEGER,
    FOREIGN KEY (department_id) REFERENCES departments(department_id) ON DELETE CASCADE
);

如果在 departments 表中删除了某个部门，那么在 employees 表中属于该部门的所有员工也将被一并删除。