PostgreSQL - Ограничения в таблицах

Типы данных — это способ ограничить тип данных, которые можно хранить в таблице. Однако для многих приложений ограничения, которые они обеспечивают, слишком грубы. Например, столбец, содержащий цену продукта, вероятно, должен принимать только положительные значения. Но не существует стандартного типа данных, который принимает только положительные числа. Другая проблема заключается в том, что вы можете захотеть ограничить данные столбца по отношению к другим столбцам или строкам. Например, в таблице, содержащей информацию о продукте, для каждого номера продукта должна быть только одна строка.

С этой целью SQL позволяет вам определять ограничения для столбцов и таблиц. Ограничения дают вам столько контроля над данными в ваших таблицах, сколько вы пожелаете. Если пользователь пытается сохранить данные в столбце, который нарушает ограничение, возникает ошибка. Это применимо, даже если значение получено из определения значения по умолчанию.

Проверить ограничения

Проверочное ограничение является наиболее общим типом ограничения. Он позволяет указать, что значение в определенном столбце должно удовлетворять логическому выражению (значение истинности). Например, чтобы потребовать положительных цен на товары, вы можете использовать:

CREATE TABLE products (
    product_no integer,
    name text,
    price numeric CHECK (price > 0)
);

Как видите, определение ограничения идет после типа данных, как и определения значений по умолчанию. Значения по умолчанию и ограничения могут быть перечислены в любом порядке. Проверочное ограничение состоит из ключевого слова CHECK, за которым следует выражение в скобках. Выражение проверочного ограничения должно включать в себя столбец, ограниченный таким образом, иначе ограничение не будет иметь особого смысла.

Вы также можете дать ограничению отдельное имя. Это проясняет сообщения об ошибках и позволяет вам ссылаться на ограничение, когда вам нужно его изменить. Синтаксис:

CREATE TABLE products (
    product_no integer,
    name text,
    price numeric CONSTRAINT positive_price CHECK (price > 0)
);

Таким образом, чтобы указать именованное ограничение, используйте ключевое слово CONSTRAINT, за которым следует идентификатор, за которым следует определение ограничения. (Если вы не укажете имя ограничения таким образом, система выберет имя за вас.)

Проверочное ограничение также может ссылаться на несколько столбцов. Допустим, вы храните обычную цену и цену со скидкой и хотите убедиться, что цена со скидкой ниже обычной цены:

CREATE TABLE products (
    product_no integer,
    name text,
    price numeric CHECK (price > 0),
    discounted_price numeric CHECK (discounted_price > 0),
    CHECK (price > discounted_price)
);

Первые два ограничения должны показаться вам знакомыми. Третий использует новый синтаксис. Он не привязан к конкретному столбцу, а отображается как отдельный элемент в списке столбцов, разделенных запятыми. Определения столбцов и определения этих ограничений могут быть перечислены в смешанном порядке.

Мы говорим, что первые два ограничения являются ограничениями столбца, тогда как третье ограничение является ограничением таблицы, потому что оно записывается отдельно от любого определения столбца. Ограничения столбца также могут быть записаны как ограничения таблицы, хотя обратное не обязательно возможно, поскольку предполагается, что ограничение столбца относится только к столбцу, к которому оно прикреплено. ( PostgreSQL не применяет это правило, но вам следует следовать ему, если вы хотите, чтобы ваши определения таблиц работали с другими системами баз данных.) Приведенный выше пример также можно записать так:

CREATE TABLE products (
    product_no integer,
    name text,
    price numeric,
    CHECK (price > 0),
    discounted_price numeric,
    CHECK (discounted_price > 0),
    CHECK (price > discounted_price)
);

или даже:

CREATE TABLE products (
    product_no integer,
    name text,
    price numeric CHECK (price > 0),
    discounted_price numeric,
    CHECK (discounted_price > 0 AND price > discounted_price)
);

Это дело вкуса.

Имена могут быть назначены ограничениям таблицы так же, как и ограничениям столбцов:

CREATE TABLE products (
    product_no integer,
    name text,
    price numeric,
    CHECK (price > 0),
    discounted_price numeric,
    CHECK (discounted_price > 0),
    CONSTRAINT valid_discount CHECK (price > discounted_price)
);

Следует отметить, что проверочное ограничение удовлетворяется, если проверочное выражение оценивается как истинное или нулевое значение. Поскольку большинство выражений будут оцениваться как нулевое значение, если какой-либо операнд имеет значение null, они не предотвратят нулевые значения в столбцах с ограничениями. Чтобы гарантировать, что столбец не содержит нулевых значений, можно использовать ограничение ненулевого значения, описанное в следующем разделе.

PostgreSQL не поддерживает CHECKограничения, ссылающиеся на данные таблицы, отличные от проверяемой новой или обновленной строки. Хотя CHECKв простых тестах может показаться, что ограничение, нарушающее это правило, работает, оно не может гарантировать, что база данных не достигнет состояния, в котором условие ограничения ложно (из-за последующих изменений других задействованных строк). Это приведет к сбою дампа базы данных и перезагрузки. Повторная загрузка может завершиться ошибкой, даже если полное состояние базы данных соответствует ограничению, из-за того, что строки загружаются не в том порядке, который удовлетворяет ограничению. Если возможно, используйте ограничения UNIQUE, EXCLUDEили FOREIGN KEYдля выражения ограничений между строками и таблицами.

Если вам нужна однократная проверка других строк при вставке строки, а не постоянно поддерживаемая гарантия согласованности, для этого можно использовать настраиваемый триггер . (Этот подход позволяет избежать проблемы дампа/перезагрузки, поскольку pg_dump не переустанавливает триггеры до перезагрузки данных, поэтому проверка не будет выполняться во время дампа/перезагрузки.)

PostgreSQL предполагает, что CHECKусловия ограничений неизменны, то есть они всегда будут давать один и тот же результат для одной и той же входной строки. Именно это предположение оправдывает рассмотрение CHECKограничений только при вставке или обновлении строк, а не в другое время. (Приведенное выше предупреждение о том, что нельзя ссылаться на другие табличные данные, на самом деле является частным случаем этого ограничения.)

Примером распространенного способа нарушить это предположение является ссылка на определяемую пользователем функцию в CHECKвыражении, а затем изменение поведения этой функции. PostgreSQL не запрещает это, но не заметит, если в таблице есть строки, нарушающие CHECKограничение. Это приведет к сбою последующего дампа и перезагрузки базы данных. Рекомендуемый способ обработки такого изменения — удалить ограничение (используя ALTER TABLE), скорректировать определение функции и повторно добавить ограничение, тем самым перепроверив его по всем строкам таблицы.

Ненулевые ограничения

Ограничение not-null просто указывает, что столбец не должен принимать нулевое значение. Пример синтаксиса:

CREATE TABLE products (
    product_no integer NOT NULL,
    name text NOT NULL,
    price numeric
);

Непустое ограничение всегда записывается как ограничение столбца. Ненулевое ограничение функционально эквивалентно созданию проверочного ограничения , но в PostgreSQL создание явного ненулевого ограничения более эффективно. Недостатком является то, что вы не можете давать явные имена ненулевым ограничениям, созданным таким образом.CHECK (column_name IS NOT NULL)

Конечно, столбец может иметь более одного ограничения. Просто напишите ограничения одно за другим:

CREATE TABLE products (
    product_no integer NOT NULL,
    name text NOT NULL,
    price numeric NOT NULL CHECK (price > 0)
);

Порядок не имеет значения. Он не обязательно определяет, в каком порядке проверяются ограничения.

У NOT NULLограничения есть обратная сторона: NULLограничение. Это не означает, что столбец должен быть нулевым, что, безусловно, было бы бесполезным. Вместо этого это просто выбирает поведение по умолчанию, при котором столбец может быть нулевым. Это NULLограничение отсутствует в стандарте SQL и не должно использоваться в переносимых приложениях. (Оно было добавлено в PostgreSQL только для совместимости с некоторыми другими системами баз данных.) Некоторым пользователям, тем не менее, это нравится, поскольку позволяет легко переключать ограничения в файле скрипта. Например, вы можете начать с:

CREATE TABLE products (
    product_no integer NULL,
    name text NULL,
    price numeric NULL
);

а затем вставьте NOTключевое слово, где это необходимо.

Уникальные ограничения

Ограничения уникальности гарантируют, что данные, содержащиеся в столбце или группе столбцов, уникальны среди всех строк таблицы. Синтаксис:

CREATE TABLE products (
    product_no integer UNIQUE,
    name text,
    price numeric
);

когда написано как ограничение столбца, и:

CREATE TABLE products (
    product_no integer,
    name text,
    price numeric,
    UNIQUE (product_no)
);

при записи в виде табличного ограничения.

Чтобы определить уникальное ограничение для группы столбцов, запишите его в виде табличного ограничения с именами столбцов, разделенными запятыми:

CREATE TABLE example (
    a integer,
    b integer,
    c integer,
    UNIQUE (a, c)
);  

Это указывает, что комбинация значений в указанных столбцах уникальна для всей таблицы, хотя ни один из столбцов не обязательно должен быть (и обычно не является) уникальным.

Вы можете присвоить собственное имя уникальному ограничению обычным способом:

CREATE TABLE products (
    product_no integer CONSTRAINT must_be_different UNIQUE,
    name text,
    price numeric
);

Добавление уникального ограничения автоматически создаст уникальный индекс сбалансированного дерева для столбца или группы столбцов, перечисленных в ограничении. Ограничение уникальности, охватывающее только некоторые строки, не может быть записано как ограничение уникальности, но можно применить такое ограничение, создав уникальный частичный индекс .

Как правило, ограничение уникальности нарушается, если в таблице имеется более одной строки, в которой значения всех столбцов, включенных в ограничение, равны. Однако два нулевых значения никогда не считаются равными в этом сравнении. Это означает, что даже при наличии уникального ограничения можно хранить повторяющиеся строки, содержащие нулевое значение по крайней мере в одном из столбцов с ограничениями. Это поведение соответствует стандарту SQL, но мы слышали, что другие базы данных SQL могут не следовать этому правилу. Поэтому будьте осторожны при разработке приложений, предназначенных для переноса.

Первичные ключи

Ограничение первичного ключа указывает, что столбец или группу столбцов можно использовать в качестве уникального идентификатора для строк в таблице. Это требует, чтобы значения были как уникальными, так и ненулевыми. Таким образом, следующие два определения таблиц принимают одни и те же данные:

CREATE TABLE products (
    product_no integer UNIQUE NOT NULL,
    name text,
    price numeric
);

CREATE TABLE products (
    product_no integer PRIMARY KEY,
    name text,
    price numeric
);

Первичные ключи могут охватывать более одного столбца; синтаксис аналогичен уникальным ограничениям:

CREATE TABLE example (
    a integer,
    b integer,
    c integer,
    PRIMARY KEY (a, c)
);

Добавление первичного ключа автоматически создаст уникальный индекс сбалансированного дерева для столбца или группы столбцов, перечисленных в первичном ключе, и принудительно пометит столбцы NOT NULL.

Таблица может иметь не более одного первичного ключа. (Может быть любое количество уникальных и ненулевых ограничений, которые функционально почти одно и то же, но только одно из них может быть идентифицировано как первичный ключ.) Теория реляционных баз данных диктует, что каждая таблица должна иметь первичный ключ. Это правило не применяется PostgreSQL , но обычно лучше следовать ему.

Первичные ключи полезны как для документирования, так и для клиентских приложений. Например, приложение с графическим интерфейсом, позволяющее изменять значения строк, возможно, должно знать первичный ключ таблицы, чтобы иметь возможность однозначно идентифицировать строки. Существуют также различные способы использования системой баз данных первичного ключа, если он был объявлен; например, первичный ключ определяет целевые столбцы по умолчанию для внешних ключей, ссылающихся на его таблицу.

Внешние ключи

Ограничение внешнего ключа указывает, что значения в столбце (или группе столбцов) должны совпадать со значениями, отображаемыми в некоторой строке другой таблицы. Мы говорим, что это поддерживает ссылочную целостность между двумя связанными таблицами.

Скажем, у вас есть таблица продуктов, которую мы уже использовали несколько раз:

CREATE TABLE products (
    product_no integer PRIMARY KEY,
    name text,
    price numeric
);

Предположим также, что у вас есть таблица, в которой хранятся заказы на эти продукты. Мы хотим, чтобы таблица заказов содержала заказы только тех продуктов, которые действительно существуют. Итак, мы определяем ограничение внешнего ключа в таблице заказов, которое ссылается на таблицу продуктов:

CREATE TABLE orders (
    order_id integer PRIMARY KEY,
    product_no integer REFERENCES products (product_no),
    quantity integer
);

Теперь невозможно создавать заказы с ненулевыми product_noзаписями, которых нет в таблице товаров.

Мы говорим, что в этой ситуации таблица заказов является таблицей ссылок , а таблица продуктов — таблицей ссылок . Точно так же есть ссылочные и ссылочные столбцы.

Вы также можете сократить приведенную выше команду до:

CREATE TABLE orders (
    order_id integer PRIMARY KEY,
    product_no integer REFERENCES products,
    quantity integer
);

потому что в отсутствие списка столбцов первичный ключ ссылочной таблицы используется в качестве ссылочного столбца (столбцов).

Вы можете присвоить собственное имя для ограничения внешнего ключа обычным способом.

Внешний ключ также может ограничивать и ссылаться на группу столбцов. Как обычно, его нужно записать в форме табличного ограничения. Вот пример надуманного синтаксиса:

CREATE TABLE t1 (
  a integer PRIMARY KEY,
  b integer,
  c integer,
  FOREIGN KEY (b, c) REFERENCES other_table (c1, c2)
);

Конечно, количество и тип ограниченных столбцов должны совпадать с количеством и типом столбцов, на которые ссылаются.

Иногда полезно, чтобы « другая таблица » ограничения внешнего ключа была той же самой таблицей; это называется самореферентным внешним ключом. Например, если вы хотите, чтобы строки таблицы представляли узлы древовидной структуры, вы можете написать

CREATE TABLE tree (
    node_id integer PRIMARY KEY,
    parent_id integer REFERENCES tree,
    name text,
    ...
);

Узел верхнего уровня будет иметь NULL parent_id, в то время как записи, отличные от NULL parent_id, будут ограничены ссылками на допустимые строки таблицы.

Таблица может иметь более одного ограничения внешнего ключа. Это используется для реализации отношений «многие ко многим» между таблицами. Скажем, у вас есть таблицы о продуктах и ​​заказах, но теперь вы хотите, чтобы один заказ содержал, возможно, много продуктов (чего не позволяла приведенная выше структура). Вы можете использовать эту структуру таблицы:

CREATE TABLE products (
    product_no integer PRIMARY KEY,
    name text,
    price numeric
);

CREATE TABLE orders (
    order_id integer PRIMARY KEY,
    shipping_address text,
    ...
);

CREATE TABLE order_items (
    product_no integer REFERENCES products,
    order_id integer REFERENCES orders,
    quantity integer,
    PRIMARY KEY (product_no, order_id)
);

Обратите внимание, что первичный ключ перекрывается с внешними ключами в последней таблице.

Мы знаем, что внешние ключи запрещают создание заказов, не относящихся к каким-либо продуктам. Но что, если продукт удаляется после создания заказа, который на него ссылается? SQL позволяет вам справиться и с этим. Интуитивно у нас есть несколько вариантов:

• Запретить удаление упомянутого продукта
• Удалить заказы, а также
• Что-то другое?

Чтобы проиллюстрировать это, давайте реализуем следующую политику в приведенном выше примере отношения «многие ко многим»: когда кто-то хочет удалить продукт, на который все еще ссылается заказ (через order_items), мы запрещаем это. Если кто-то удаляет заказ, элементы заказа также удаляются:

CREATE TABLE products (
    product_no integer PRIMARY KEY,
    name text,
    price numeric
);

CREATE TABLE orders (
    order_id integer PRIMARY KEY,
    shipping_address text,
    ...
);

CREATE TABLE order_items (
    product_no integer REFERENCES products ON DELETE RESTRICT,
    order_id integer REFERENCES orders ON DELETE CASCADE,
    quantity integer,
    PRIMARY KEY (product_no, order_id)
);

Ограничение и каскадное удаление являются двумя наиболее распространенными вариантами. RESTRICTпредотвращает удаление указанной строки. NO ACTIONозначает, что если какие-либо ссылающиеся строки все еще существуют, когда ограничение проверяется, возникает ошибка; это поведение по умолчанию, если вы ничего не укажете. (Существенное различие между этими двумя вариантами заключается в том, NO ACTIONчто проверка позволяет отложить проверку на более поздний этап транзакции, тогда как RESTRICTнет.) CASCADEуказывает, что при удалении строки, на которую указывает ссылка, строки, ссылающиеся на нее, также должны быть автоматически удалены. Есть еще два варианта: SET NULLиSET DEFAULT. Это приводит к тому, что ссылочный столбец (столбцы) в ссылочной строке (строках) устанавливаются равными нулю или их значениям по умолчанию, соответственно, когда ссылочная строка удаляется. Обратите внимание, что это не освобождает вас от соблюдения каких-либо ограничений. Например, если действие указывает, SET DEFAULTно значение по умолчанию не удовлетворяет ограничению внешнего ключа, операция завершится ошибкой.

Аналогично тому ON DELETE, ON UPDATEкоторый вызывается при изменении (обновлении) ссылочного столбца. Возможные действия те же. В этом случае CASCADEозначает, что обновленные значения ссылочного столбца (столбцов) должны быть скопированы в ссылочную строку (строки).

Обычно ссылочная строка не должна удовлетворять ограничению внешнего ключа, если какой-либо из ее ссылочных столбцов имеет значение null. Если MATCH FULLдобавляется к объявлению внешнего ключа, ссылочная строка не удовлетворяет ограничению только в том случае, если все ее ссылочные столбцы имеют значение null (поэтому сочетание нулевых и ненулевых значений гарантированно не соответствует MATCH FULLограничению). Если вы не хотите, чтобы ссылочные строки могли избежать удовлетворения ограничения внешнего ключа, объявите ссылочный столбец (столбцы) как NOT NULL.

Внешний ключ должен ссылаться на столбцы, которые либо являются первичным ключом, либо образуют уникальное ограничение. Это означает, что столбцы, на которые ссылаются, всегда имеют индекс (тот, который лежит в основе первичного ключа или ограничения уникальности); таким образом, проверка того, имеет ли ссылочная строка совпадение, будет эффективной. Поскольку для DELETEстроки из ссылочной таблицы или UPDATEссылочного столбца потребуется сканирование ссылочной таблицы на наличие строк, соответствующих старому значению, часто рекомендуется также индексировать ссылочные столбцы. Поскольку это не всегда необходимо, и существует множество вариантов индексации, объявление ограничения внешнего ключа не создает автоматически индекс для ссылающихся столбцов.

Ограничения исключения

Ограничения исключения гарантируют, что при сравнении любых двух строк в указанных столбцах или выражениях с использованием указанных операторов хотя бы одно из этих сравнений операторов вернет значение false или null. Синтаксис:

CREATE TABLE circles (
    c circle,
    EXCLUDE USING gist (c WITH &&)
);

Добавление ограничения исключения автоматически создаст индекс типа, указанного в объявлении ограничения.