数据模型转换为数据库设计中的最小基数约束管理

### 数据模型转换为数据库设计中的最小基数约束管理 #### 1. 最小基数关系概述 在数据库设计中，实体间的关系存在不同的最小基数情况，主要分为四种：父实体可选且子实体可选（O - O）、父实体可选且子实体强制（O - M）、父实体强制且子实体可选（M - O）以及父实体强制且子实体强制（M - M）。对于 O - O 关系，不需要采取任何行动来强制最小基数，因此可以不再考虑这种关系。而其余三种关系对插入、更新和删除操作都有一定的限制。 为了便于说明这些规则，我们以一个存储多家公司数据的数据库设计为例。在这个设计中，COMPANY 和 DEPARTMENT 之间、DEPARTMENT 和 EMPLOYEE 之间存在 1:N、M - O 关系，COMPANY 和 PHONE_CONTACT 之间存在 1:N、M - M 关系。在这些关系中，处于 1 端的实体为父实体，处于 N 端的实体为子实体。 #### 2. 父实体强制时的操作 当父实体强制时，需要确保子表的每一行都有一个有效的、非空的外键值。这就需要限制对父实体主键的更新或删除操作，以及对子实体外键的创建或修改操作。 | 父实体操作 | 父实体动作 | 子实体动作 | | --- | --- | --- | | 插入 | 无 | 获取一个父实体；禁止操作 | | 修改键或外键 | 将子实体的外键值更改为与新值匹配（级联更新）；禁止操作 | 若新外键值与现有父实体匹配则可行；禁止操作 | | 删除 | 删除子实体（级联删除）；禁止操作 | 无 | ##### 2.1 父实体行的操作 - **插入**：创建新的父实体时，无需做任何操作，因为此时还没有子行依赖于这个新行。例如，创建一个新的 DEPARTMENT 时，无需担心 EMPLOYEE 中的最小基数约束。 - **修改主键**：如果尝试更改现有父实体行的主键值，且该行有子实体，那么子实体的外键值将不再与父实体匹配，子实体将成为“孤儿”。为防止这种情况，要么将子实体的外键值更改为与父实体的新主键值匹配（级联更新），要么禁止对父实体主键的修改。例如，若 DEPARTMENT 将其 DepartmentName 从 ‘Info Sys’ 更改为 ‘Information Systems’，则 EMPLOYEE 中具有外键值 ‘Info Sys’ 的子行将成为孤儿。为避免这种情况，要么将 EMPLOYEE 中的外键值也更改为 ‘Information Systems’，要么禁止对 DEPARTMENT 主键的更新。 - **删除**：如果删除父实体且该行有子实体，那么子实体将成为“孤儿”。因此，要么同时删除子实体（级联删除），要么禁止删除父实体。通常，对于强实体之间的关系，不选择级联删除；而对于弱子实体，几乎总是选择级联删除。例如，删除 COMPANY 时，应删除所有依赖于该 COMPANY 的弱 PHONE_NUMBER 行。 ##### 2.2 子实体行的操作 - **插入**：创建新的子实体行时，新行必须有一个有效的外键值。例如，创建新的 EMPLOYEE 时，若 DEPARTMENT 是必需的，则新的 EMPLOYEE 行必须有一个有效的 DepartmentName 值。通常有一个默认策略来为新行分配父实体，如向 EMPLOYEE 表添加新行时，默认策略可以是将新员工添加到名为 ‘Human Resources’ 的部门。 - **修改外键**：外键的新值必须与父实体的主键值匹配。例如，在 EMPLOYEE 中，若将 DepartmentName 从 ‘Accounting’ 更改为 ‘Finance’，则必须已经存在一个主键值为 ‘Finance’ 的 DEPARTMENT 行，否则禁止修改。 - **删除**：如果父实体是必需的，对子实体行的删除没有限制，子实体的删除不会对父实体产生影响。 当父实体有代理键时，父实体和子实体的更新操作执行动作有所不同。父实体的代理键永远不会改变，因此可以忽略更新操作；而子实体的外键可以在子实体切换到新父实体时改变，所以即使父实体的键是代理键，子实体也必须考虑更新操作。 #### 3. 子实体强制时的操作 当子实体强制时，需要确保父实体始终至少有一个子实体行，即最后一个子实体不能离开父实体。例如，在 DEPARTMENT - to - EMPLOYEE 关系中，如果一个 DEPARTMENT 需要一个 EMPLOYEE，那么最后一个 EMPLOYEE 不能离开该 DEPARTMENT。 | 子实体操作 | 父实体动作 | 子实体动作 | | --- | --- | --- | | 插入 | 获取一个子实体；禁止操作 | 无 | | 修改键或外键 | 更新（至少一个）子实体的外键；禁止操作 | 若不是最后一个子实体则可行；若是最后一个子实体，则禁止操作或寻找替代实体 | | 删除 | 无 | 若不是最后一个子实体则可行；若是最后一个子实体，则禁止操作或寻找替代实体 | ##### 3.1 父实体行的操作 - **插入**：创建新的父实体时，必须同时创建与子实体的关系。可以找到一个现有的子实体行并更改其外键以匹配新父实体，或者在创建父实体的同时创建一个新的子实体行。如果无法执行这些操作，则禁止插入新的父实体。 - **修改主键**：要修改父实体的主键，必须至少更改一个子实体的键，否则禁止更新。但对于有代理键的父实体，此限制不适用，因为代理键的值永远不会改变。 - **删除**：删除父实体时，无需采取任何操作，因为是子实体必需，而不是父实体，父实体的删除不会产生影响。