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创建和管理外键关系

本页面介绍了如何管理数据库中的外键关系。

外键是在表之间共享的列，用于建立之间的关联。使用外键时，Spanner 可确保这种关系的维护。

下图展示了一个简单的数据库架构，其中表中的数据具有另一个表中的数据之间的关系。

显示表之间的外键关系的数据库架构示例。

图 1：订单处理数据库架构图

图 1 所示的架构中有三个表：

Customers 表记录了每个客户的名称。
Orders 表跟踪所有订单。
Products 表存储每个产品的产品信息。

这些表之间存在两个外键关系：

在 Orders 表和 Customers 表之间定义一个外键关系，以确保除非有相应的客户，否则无法创建订单。
Orders 表和 Products 表之间的外键关系可确保无法为不存在的商品创建订单。

本主题以之前的架构为例，讨论可用于管理定义语言 (DDL) CONSTRAINT 语句数据库表之间的关系。

在创建新表时添加外键

假设您在简单产品中创建了一个 Customers 表订单数据库。现在，您需要一个 Orders 表来存储有关客户下达的订单为确保所有订单均有效，您不应让系统向 Orders 表中插入行，除非还有一个 Customers 表中的匹配条目。因此，您需要一个外键在两个表之间建立关系。一种选择是添加 CustomerID 列添加到新表，并将其用作创建与 Customers 表中的 CustomerID 列的关系。

使用外键创建新表时，您可以使用 REFERENCE 与另一个表建立关系。表格包含 REFERENCE 语句的表格称为“引用”表。通过 REFERENCE 语句中指定的表是被引用的表。列 REFERENCE 语句中指定的那个名称称为引用列。

以下示例展示了如何使用 CREATE TABLE DDL 语句使用引用的外键约束条件创建 Orders 表 Customers 表中的 CustomerID。

GoogleSQL

CREATE TABLE Orders (
  OrderID INT64 NOT NULL,
  CustomerID INT64 NOT NULL,
  Quantity INT64 NOT NULL,
  ProductID INT64 NOT NULL,
  CONSTRAINT FK_CustomerOrder FOREIGN KEY (CustomerID) REFERENCES Customers (CustomerID)
) PRIMARY KEY (OrderID);

PostgreSQL

CREATE TABLE Orders (
  OrderID BIGINT NOT NULL,
  CustomerID BIGINT NOT NULL,
  Quantity BIGINT NOT NULL,
  ProductID BIGINT NOT NULL,
  CONSTRAINT FK_CustomerOrder FOREIGN KEY (CustomerID) REFERENCES Customers (CustomerID),
  PRIMARY KEY (OrderID)
);

上述语句包含 CONSTRAINT 子句，其内容如下特征：

使用 CONSTRAINT 语法为约束条件命名，使其您可以更轻松地删除表格。
该限制条件的名称为 FK_CustomerOrder。限制条件名称的范围为并且在架构中必须是唯一的
您在 Orders 表中定义了约束条件，参考表。Customers 表是引用的表。
参照表中的参照列为 CustomerID。它引用 Customers 表中的 CustomerID 字段。如果有人尝试向 Orders 中插入一个其 CustomerID 中不存在的行 Customers，插入失败。

以下示例展示了另一个表创建语句。此处定义了没有名称的外键限制条件。当您使用此语法时，Spanner 会为您生成一个名称。如需查看所有外键的名称，请参阅查看外键关系的属性。

GoogleSQL

CREATE TABLE Orders (
  OrderID INT64 NOT NULL,
  CustomerID INT64 NOT NULL,
  ProductID INT64 NOT NULL,
  FOREIGN KEY (CustomerID) REFERENCES Customers (CustomerID)
) PRIMARY KEY (OrderID);

PostgreSQL

CREATE TABLE Orders (
  OrderID BIGINT NOT NULL,
  CustomerID BIGINT NOT NULL,
  Quantity BIGINT NOT NULL,
  ProductID BIGINT NOT NULL,
  FOREIGN KEY (CustomerID) REFERENCES Customers (CustomerID),
  PRIMARY KEY (OrderID)
);

向现有表中添加外键

您还需要确保客户只能订购存在。首先，您必须删除现有限制条件。然后，您可以使用 ALTER TABLE，用于向 Orders 表添加另一个外键约束条件，如如下所示：

ALTER TABLE Orders
  ADD CONSTRAINT DB_ProductOrder FOREIGN KEY (ProductID) REFERENCES Products (ProductID);

Orders 中的引用列为 ProductID，它引用了“产品”中的 ProductID 列。同样，如果您愿意请使用以下语法：

ALTER TABLE Orders
  ADD FOREIGN KEY (ProductID) REFERENCES Products (ProductID);

在创建新表时添加带有删除操作的外键

回想一下前面的示例，您的产品中包含 Customers 表需要 Orders 表的订购数据库。您想要添加外键引用 Customers 表的限制条件。不过，您需要确保将来删除客户记录时，Spanner 同时删除该客户的所有订单。在本示例中，您希望使用带有外键约束条件的 ON DELETE CASCADE 操作。

以下用于 Orders 表的 CREATE TABLE DDL 语句包含使用 ON DELETE CASCADE 操作引用 Customers 表的外键限制条件。

GoogleSQL

CREATE TABLE Orders (
  OrderID INT64 NOT NULL,
  CustomerID INT64 NOT NULL,
  Quantity INT64 NOT NULL,
  ProductID INT64 NOT NULL,
  CONSTRAINT FK_CustomerOrder FOREIGN KEY (CustomerID)
    REFERENCES Customers (CustomerID) ON DELETE CASCADE
) PRIMARY KEY (OrderID);

PostgreSQL

CREATE TABLE Orders (
  OrderID BIGINT NOT NULL,
  CustomerID BIGINT NOT NULL,
  Quantity BIGINT NOT NULL,
  ProductID BIGINT NOT NULL,
  FOREIGN KEY (CustomerID)
    REFERENCES Customers (CustomerID) ON DELETE CASCADE,
  PRIMARY KEY (OrderID)
);

上述语句包含一个带有 ON DELETE CASCADE 子句。CustomerID 列是一个外键，引用 Customers 表中的 CustomerID 字段。也就是说， Orders 表中的 CustomerID 值也必须存在于 Customers 中表格。如果有人尝试从 Customers 表中删除某一行，则所有 Orders 表中引用已删除的 CustomerID 值的行将也会在同一事务中被删除

将具有删除操作的外键添加到现有表

此外，您还需要确保订单只针对存在。您可以使用 ALTER TABLE 添加另一个具有如下条件的外键约束条件： ON DELETE CASCADE 操作应用于订单表，如下所示：

ALTER TABLE Orders
  ADD CONSTRAINT DB_ProductOrder FOREIGN KEY (ProductID)
    REFERENCES Products (ProductID) ON DELETE CASCADE;

从 Products 表中删除一行会删除引用已删除的 ProductID 值的 Orders 表。

跨外键关系查询数据

SELECT * FROM Orders
  INNER JOIN Customers ON Orders.CustomerID = Customers.CustomerID
  INNER JOIN Products ON Orders.ProductsID = Products.ProductID;

Spanner 如何保持引用完整性的示例

添加外键关系的主要原因是 Spanner 可以保留参照完整性数据。如果您以打破外键约束的方式修改数据，更新失败并报错。

请参考图 2 中的数据。一些客户已经订购了商品，如订单表中所示。由于存在现有外键，因此您可以可以保证插入到 Orders 表中的数据参照完整性。

客户表、产品表和订单表的示例数据。

图 2.订购数据库中的示例数据。

以下示例显示了您尝试修改可能会破坏引用完整性。

在 Orders 表中添加一个 CustomerID 值不是存在于Customers中

根据上面的图表？
```
INSERT INTO Orders (OrderID, ProductID, Quantity, CustomerID)
  VALUES (19, 337876, 4, 447);
```
在此情况下，系统会尝试向 Orders 中插入一行 Customers 表中不存在的 CustomerID (447)。如果系统那么您的系统中会存在无效订单。不过，使用 Orders 表中添加的外键约束条件，则表为受保护。INSERT 会失败，并显示以下消息（假设称为 FK_CustomerOrder。
```
Foreign key constraint `FK_CustomerOrder` is violated on table `Orders`.
Cannot find referenced values in Customers(CustomerID).
```
当客户执行以下操作时，尝试从 Customers 表中删除行外部键约束条件中引用的变量

设想一位客户退订了您的网店。您想要从后端移除客户，因此请尝试以下操作操作。
```
DELETE FROM Customers WHERE CustomerID = 721;
```
在此示例中，Spanner 通过外键约束进行检测 Orders 表中仍有引用该客户的记录行。此时会显示以下错误。

Foreign key constraint violation when deleting or updating referenced row(s): referencing row(s) found in table `Orders`.

若要解决此问题，请先删除 Orders 中的所有引用条目。您还可以使用 ON DELETE CASCADE 操作定义外键， Spanner 处理引用条目的删除。

查看外键关系的属性

Spanner 的 INFORMATION_SCHEMA 包含有关外键和索引以下示例介绍了您可以通过查询“信息架构”回答的一些问题。

如需详细了解支持性索引，请参阅外键支持性索引。

我的数据库中定义了哪些限制条件？

SELECT tc.CONSTRAINT_NAME, tc.TABLE_NAME, tc.CONSTRAINT_TYPE
FROM INFORMATION_SCHEMA.TABLE_CONSTRAINTS as tc
WHERE tc.CONSTRAINT_TYPE = 'FOREIGN KEY';

我的数据库中定义了哪些外键？

SELECT rc.CONSTRAINT_NAME, rc.UNIQUE_CONSTRAINT_NAME, rc.SPANNER_STATE
FROM INFORMATION_SCHEMA.REFERENTIAL_CONSTRAINTS as rc;

哪些索引是外键的二级索引（亦称“反向索引”？

外键支持索引由 Spanner 管理，因此查询 INDEXES 视图上的 SPANNER_IS_MANAGED 会返回所有后备索引。

SELECT i.TABLE_NAME, i.INDEX_NAME, i.INDEX_TYPE, i.INDEX_STATE,
  i.IS_UNIQUE, i.IS_NULL_FILTERED, i.SPANNER_IS_MANAGED
FROM INFORMATION_SCHEMA.INDEXES as i
WHERE SPANNER_IS_MANAGED = 'YES';

使用外键限制条件定义的参照操作是什么？

SELECT rc.CONSTRAINT_NAME, rc.UNIQUE_CONSTRAINT_NAME, rc.DELETE_RULE,
  rc.UPDATE_RULE
FROM INFORMATION_SCHEMA.REFERENTIAL_CONSTRAINTS as rc;

如需了解详情，请参阅信息架构。

移除外键关系

以下 DDL 会从Orders表中丢弃外键限制条件。

ALTER TABLE Orders
  DROP CONSTRAINT FK_CustomerOrder;

删除限制条件本身时，系统会自动丢弃外键支持性索引。

支持更复杂的外键关系

多列

外键可以引用多个列。列的列表构成一个键，它对应于表的主键或支持性索引。引用表包含被引用表键的外键。

在以下示例中，外键定义告知 Spanner TopHits 表中的每个 SongName 值都必须在 Songs 表；以及每个SingerFirstName和SingerLastName对值必须在 Singers 中有匹配的 FirstName 和 LastName 对值表格。

GoogleSQL

CREATE TABLE TopHits (
  Rank INT64 NOT NULL,
  SongName STRING(MAX),
  SingerFirstName STRING(MAX),
  SingerLastName STRING(MAX),

  -- Song names must either be NULL or have matching values in Songs.
  FOREIGN KEY (SongName) REFERENCES Songs (SongName),

  -- Singer names must either be NULL or have matching values in Singers.
  FOREIGN KEY (SingerFirstName, SingerLastName)
  REFERENCES Singers (FirstName, LastName)

) PRIMARY KEY (Rank);

PostgreSQL

CREATE TABLE TopHits (
  Rank BIGINT NOT NULL,
  SongName VARCHAR,
  SingerFirstName VARCHAR,
  SingerLastName VARCHAR,

  -- Song names must either be NULL or have matching values in Songs.
  FOREIGN KEY (SongName) REFERENCES Songs (SongName),

  -- Singer names must either be NULL or have matching values in Singers.
  FOREIGN KEY (SingerFirstName, SingerLastName)
  REFERENCES Singers (FirstName, LastName),

  PRIMARY KEY (Rank)
);

循环引用

可能由于旧版原因或反规范化，有时表具有循环依赖项。Spanner 外键允许循环引用。由于必须先有被引用表，然后外键才能引用该表，因此其中一个外键必须添加 ALTER TABLE 语句。示例如下

创建 TableA，但没有外键
使用 TableA 上的外键限制条件创建 TableB。
在 TableA 上使用 ALTER TABLE 以创建外键对 TableB 的引用。

自引用表

循环引用的一种特殊类型是定义引用同一个表的外键的表。例如，以下代码段显示了用于强制要求员工的 ManagerId 也是员工的外键。

GoogleSQL

CREATE TABLE Employees (
  EmployeeId INT64 NOT NULL,
  EmployeeName STRING(MAX) NOT NULL,
  ManagerId INT64,
  FOREIGN KEY (ManagerId) REFERENCES Employees (EmployeeId)
) PRIMARY KEY (EmployeeId);

PostgreSQL

CREATE TABLE Employees (
  EmployeeId BIGINT NOT NULL,
  EmployeeName VARCHAR NOT NULL,
  ManagerId BIGINT,
  FOREIGN KEY (ManagerId) REFERENCES Employees (EmployeeId),
  PRIMARY KEY (EmployeeId)
);

后续步骤

详细了解 Spanner 中的外键支持。
详细了解 Spanner 的信息架构。