09. 约束与索引的联系

之所以把约束和索引放到一起来看，主要是因为主键约束和唯一键约束，它们会自动创建一个对应的索引，先分别看下数据库中的几个约束。

一 约束

在关系型数据库里，通常有5种约束，示例如下：

use tempdb
go
create table s
(
sid     varchar(20),
sname   varchar(20),
ssex    varchar(2)  check(ssex='男' or ssex='女') default '男',
sage    int         check(sage between 0 and 100),
sclass  varchar(20) unique,
constraint PK_s primary key (sid,sclass)
)
create table t
(
teacher  varchar(20) primary key,
sid      varchar(20) not null,
sclass   varchar(20) not null,
num      int,
foreign key(sid,sclass) references s(sid,sclass)
)

单独定义在某一列上的约束被称为列级约束，定义在多列上的约束则称为表级约束。

1.主键约束

在表中的一列或者多列上，定义主键来唯一标识表中的数据行，也就是数据库设计3范式里的第2范式；

主键约束要求键值唯一且不能为空：primary key = unique constraint + not null constraint

2.唯一键约束

唯一约束和主键约束的区别就是：允许NULL，SQL Server 中唯一键列，仅可以有一行为NULL，ORACLE中可以有多行列值为NULL。

 一个表只能有一个主键，但可以有多个唯一键：unique index = unique constraint

在一个允许为NULL的列上，想要保证非NULL值的唯一性，该怎么办？

从SQL Server 2008开始，可以用筛选索引(filtered index)

use tempdb
GO
create table tb5
(
id int null
)
create unique nonclustered index un_ix_01
on tb5(id)
where id is not null
GO

 

3.外键约束

表中的一列或者多列，引用其他表的主键或者唯一键。外键定义如下：

use tempdb
GO
--drop table tb1,tb2
create table tb1
(
col1 int Primary key,
col2 int
)
insert into tb1 values (2,2),(3,2),(4,2),(5,2)
GO

create table tb2
(
col3 int primary key,
col4 int constraint FK_tb2 foreign key  references tb1(col1)
)
GO

--从表里的同一个列既可以为自己的主键，也可以定义为外键
--drop table tb1,tb2
create table tb1
(
col1 int Primary key,
col2 int
)
insert into tb1 values (2,2),(3,2),(4,2),(5,2)
GO

create table tb2
(
col3 int primary key, 
col4 int 
)

alter table tb2 WITH NOCHECK
add constraint FK_tb2 foreign key(col3) references tb1(col1)

select object_name(constraint_object_id) constraint_name,
       object_name(parent_object_id) parent_object_name,
       col_name(parent_object_id,parent_column_id) parent_object_column_name,
       object_name(referenced_object_id) referenced_object_name,
       col_name(referenced_object_id,referenced_column_id) referenced_object_column_name
 from sys.foreign_key_columns 
where referenced_object_id = object_id('tb1')

外键开发维护过程中，常见的问题及解决方法：

(1) 不能将主表中主键/唯一键的部分列作为外键，必须是全部列一起引用

create table tb3
(
c1 int,
c2 int,
c3 int,  
constraint PK_tb3 primary key (c1,c2)
);
                                                                                                                              
create table tb4
(
c4 int constraint FK_tb4 foreign key references tb3(c1),
c5 int,
c6 int
);
/*
Msg 1776, Level 16, State 0, Line 1
There are no primary or candidate keys in the referenced table 'tb3' that match the referencing column list in the foreign key'FK_tb4'.
Msg 1750, Level 16, State 0, Line 1
Could not create constraint. See previous errors.
*/

 

(2) 从表插入数据出错

insert into tb2 values (1,1)
/*
Msg 547, Level 16, State 0, Line 1
The INSERT statement conflicted with the FOREIGN KEY constraint "FK_tb2". The conflict occurred in database "tempdb", table "dbo.tb1", column 'col1'.
*/
--从表在参照主表中的数据，可以先禁用外键(只是暂停约束检查)
alter table tb2 NOCHECK constraint FK_tb2
alter table tb2 NOCHECK constraint ALL
--从表插入数据后，再启用外键
insert into tb2 values (1,1),(3,3),(4,4)
alter table tb2 CHECK constraint FK_tb2

 

(3) 主表删除/更新数据出错

--先删除从表tb2的数据或禁用外键，才能删除主表tb1中的值，否则报错如下
--未被引用的行可被直接删除
insert into tb2 values (2,2)
delete from tb1
GO
/*
Msg 547, Level 16, State 0, Line 3
The DELETE statement conflicted with the REFERENCE constraint "FK_tb2". The conflict occurredin database "tempdb", table "dbo.tb2", column 'col4'.
*/

 

(4) 清空/删除主表出错 

--清空主表时，即便禁用外键，但外键关系依然存在，所以任然无法truncate
truncate table tb1
/*
Msg 4712, Level 16, State 1, Line 2
Cannot truncate table 'tb1' because it is being referenced by a FOREIGN KEY constraint.
*/

--删除主表也不行
drop table tb1
/*
Msg 3726, Level 16, State 1, Line 2
Could not drop object 'tb1' because it is referenced by a FOREIGN KEY constraint.
*/

--先truncate从表，再truncate主表也不行
truncate table tb2
truncate table tb1

--得先drop从表，或者删除外键引用，主表才可以被truncate，或者改用delete语句
alter table tb2 drop constraint FK_tb2
truncate table tb1

--最后再加上外键，注意with nocheck选项，因为主从表里数据不一致了，所以不检查约束，否则外键加不上
alter table tb2 WITH NOCHECK
add constraint FK_tb2 foreign key(col4) references tb1(col1)

最后，虽然一个表上可以创建多个外键，但通常出于性能考虑，不推荐使用外键，数据参照完整性可以在程序里完成；

4.CHECK约束

可定义表达式以检查列值，通常出于性能考虑，不推荐使用。

5.NULL 约束

用于控制列是否允许为NULL。使用NULL时有几个注意点：

(1) SQL SERVER中聚合函数是会忽略NULL值的；

(2) 字符型的字段，如果not null，那这个字段不能为null值，但可以为''，这是空串，和null是不一样的；

(3) NULL值无法直接参与比较/运算；

declare @c varchar(100)
set @c = null
if @c<>'abc' or @c  = 'abc'
    print 'null'
else
    print 'I donot know'
GO
declare @i int
set @i = null
print @i + 1

在开发过程中，NULL会带来3值逻辑，不推荐使用，对于可能为NULL的值可用默认值等来代替。

6.DEFAULT约束

从系统视图来看，default也是被SQL Server当成约束来管理的。

select * from sys.default_constraints

(1) 常量/表达式/标量函数(系统，自定义、CLR函数)/NULL都可以被设置为默认值；

(2) 利用默认值，向表中添加一个NOT NULL的列，如下：

create table tb6(c1 int not null)
insert into tb6 select 1
alter table tb6 add c2 int default 35767 not null
select * from tb6
--在alter table完成前，表一直处于锁定状态；
--如果向大型表添加列，对数据页的操作需要一些时间，最好事先做好评估。

(3) 在insert/update列值时使用默认值

--identity列不需要手动插入值，那么这时只要给c2插入一个值就可以了
create table test_def1(c1 int identity(1,1), c2 int default 0)
insert into test_def1(c2) values(1111)

--如果c2想使用默认值？
insert into test_def1(c2) values(DEFAULT)

--如果全部使用默认值呢？
insert into test_def1 DEFAULT VALUES

--如果表里只有identity列呢？
create table test_def2(c1 int identity(1,1))
insert into test_def2 DEFAULT VALUES

--update的时候也一样
update test_def1 set c2 = DEFAULT where c2 = 1111

二 索引

定义约束时，并没有定义数据库实现约束的方法，目前的关系型数据库系统，主键和唯一键约束借助唯一索引来实现，所以在创建主键/唯一键时，都会自动生成一个同名的索引。

那么由约束产生的唯一索引，和单独创建的唯一索引有什么联系和区别？

1.创建主键或唯一键约束时，数据库自动创建唯一索引

自动生成的该索引是无法删除的，因为这个索引要用于实现约束，在删除约束的时候，该索引也被删除。演示脚本如下：

--create table
CREATE TABLE TEST_CONS
(
ID             int,
CODE           varchar(100)
)
--insert data
INSERT INTO TEST_CONS
SELECT 1,'test1'
--add unique constraint
ALTER TABLE TEST_CONS
  ADD CONSTRAINT UQ_TEST_CONS_ID UNIQUE NONCLUSTERED(ID)
--retrieve constraint
SELECT *
  FROM sys.objects
 WHERE parent_object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 'UQ'
--查看约束，返回如下结果：
/*
name    object_id
UQ_TEST_CONS_ID 1243151474
*/
--retrieve index
SELECT *
  FROM sys.indexes
 WHERE object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 2  --2为非聚集索引
--查看约束产生的索引，返回如下结果：
/*
object_id   name
1227151417  UQ_TEST_CONS_ID
*/
--check constraint
INSERT INTO TEST_CONS
SELECT 1,'test1'
--如果插入重复值提示：UNIQUE KEY 约束，返回如下错误：
/*
消息，级别，状态，第行
违反了UNIQUE KEY 约束'UQ_TEST_CONS_ID'。不能在对象'dbo.TEST_CONS' 中插入重复键。
*/
 --drop index
 DROP INDEX UQ_TEST_CONS_ID ON TEST_CONS
--如果删除由约束产生的索引，返回如下错误：
/*
消息，级别，状态，第行
不允许对索引'TEST_CONS.UQ_TEST_CONS_ID' 显式地使用DROP INDEX。该索引正用于UNIQUE KEY 约束的强制执行。
*/
 --drop constraint
 ALTER TABLE TEST_CONS
  DROP CONSTRAINT UQ_TEST_CONS_ID
--如果删除约束，索引也被删除，以下查询返回空结果集：
--retrieve constraint
SELECT *
  FROM sys.objects
 WHERE parent_object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 'UQ'
--retrieve index
SELECT *
  FROM sys.indexes
 WHERE object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 2  --2为非聚集索引
--drop table
DROP TABLE TEST_CONS

另外，约束生成的索引，有些属性也是无法被修改的，比如：开关IGNORE_DUP_KEY，唯一的办法是：先删除约束，再重新定义约束/索引；单独定义的索引，则没有这个限制，如下例：

use tempdb
GO

create table tb_cons(ID int constraint pk_tb_cons primary key)
create unique clustered index pk_tb_cons on tb_cons(id) with(DROP_EXISTING = ON, FILLFACTOR = 90)

alter index pk_tb_cons on tb_cons rebuild with(IGNORE_DUP_KEY = ON)
/*
Msg 1979, Level 16, State 1, Line 1
Cannot use index option ignore_dup_key to alter index 'pk_tb_cons' as it enforces a primary or unique constraint.
*/
exec sp_helpindex tb_cons

--单独创建的唯一索引，属性可以随意修改
create unique index ix_tb_cons on tb_cons(id)
alter index ix_tb_cons on tb_cons rebuild with(IGNORE_DUP_KEY = ON, ONLINE = ON)

drop table tb_cons

查看主键/唯一键约束生成的索引和列

select a.name as index_name,
       c.name as column_name,
       a.is_primary_key,
       a.is_unique_constraint
from sys.indexes a 
inner join sys.index_columns b
on a.object_id=b.object_id
inner join sys.columns c
on a.object_id=c.object_id and b.column_id=c.column_id
where (a.is_primary_key=1 or a.is_unique_constraint=1)
  --and a.object_id=object_id('your_table_name') 

select * from sys.objects where type='PK'
select * From sys.key_constraints where type='PK'
select * from sysconstraints --sql server 2000

在保证数据唯一性上，唯一索引、唯一约束并没有区别，那么应该使用约束还是索引？

约束定义通常出现在数据库逻辑结构设计阶段，即定义表结构时，索引定义通常出现在数据库物理结构设计/查询优化阶段。

从功能上来说唯一约束和唯一索引没有区别，但在数据库维护上则不太一样，对于唯一约束可以用唯一索引代替，以方便维护，但是主键约束则没法代替。

2. 先创建唯一索引，再创建该索引字段的唯一约束

这时数据库并不会使用已存在的唯一索引，此时会提示已存在同名索引，约束创建失败，如果指定不同名的约束，则会生成另个唯一索引。演示脚本如下： 

--create table
CREATE TABLE TEST_CONS
(
ID             int,
CODE           varchar(100)
)
--insert data
INSERT INTO TEST_CONS
SELECT 1,'test1'
--create index
CREATE UNIQUE INDEX UQ_TEST_CONS_ID
ON TEST_CONS(ID)
--retrieve constraint
SELECT *
  FROM sys.objects
 WHERE parent_object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 'UQ'
                                                                                     
--retrieve index
SELECT *
  FROM sys.indexes
 WHERE object_id = object_id('TEST_CONS') AND type = 2  --2为非聚集索引
--check index
INSERT INTO TEST_CONS
SELECT 1,'test1'
--此时提示为：唯一索引
/*
消息2601，级别14，状态1，第1 行
不能在具有唯一索引'UQ_TEST_CONS_ID' 的对象'dbo.TEST_CONS' 中插入重复键的行。
*/
--add constraint
ALTER TABLE TEST_CONS
  ADD CONSTRAINT UQ_TEST_CONS_ID UNIQUE NONCLUSTERED(ID)
--此时无法创建与索引同名的唯一约束，因为约束会去生成同名的索引
/*
消息1913，级别16，状态1，第2 行
操作失败，因为在表'TEST_CONS' 上已存在名称为'UQ_TEST_CONS_ID' 的索引或统计信息。
消息1750，级别16，状态0，第2 行
无法创建约束。请参阅前面的错误消息。
*/
--add constraint
ALTER TABLE TEST_CONS
  ADD CONSTRAINT UQ_TEST_CONS_ID_1 UNIQUE NONCLUSTERED(ID)
--换个名字当然是可以成功的，但此时又生成了唯一索引UQ_TEST_CONS_ID_1
--drop table
DROP TABLE TEST_CONS

3.主键是否是聚集索引？

SQL Server默认在定义主键时，将生成的唯一索引定义为聚集，刚刚接触的时候容易被搞混淆了。主键对应的索引也可以非聚集，如下：

use tempdb
GO
create table test_pk(id int not null)
alter table test_pk add constraint PK_test_pk primary key nonclustered(id);

SQL Server中定义主键时，默认生成聚集索引，唯一的好处是主键列范围扫描/查找的效率比较高，但数据插入效率欠佳(聚集索引，非聚集索引，都得被维护一次)，并且主键列如果选择的不好，会影响其他非聚集索引的性能。

ORACLE中定义主键时，默认生成非聚集索引，不利于主键列的范围扫描/查找，但是对于数据插入效率更佳，这是不同数据库产品各自的权衡。