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，用于在相关数据之间建立关联。使用外键时，Spanner 可确保维持这种关系。

下图展示了一个简单的数据库架构，其中某个表中的数据与另一个表中的数据建立了关联。

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。

本主题以上一个架构为例，介绍了可用于管理数据库中表之间关系的数据定义语言 (DDL) CONSTRAINT 语句。

在创建新表时添加外键

假设您在简单的商品订购数据库中创建了一个 Customers 表。您现在需要一个 Orders 表来存储有关客户所下订单的信息。为确保所有订单均有效，除非 Customers 表中也存在匹配条目，否则不要让系统向 Orders 表中插入行。因此，您需要一个外键在两个表之间建立关系。一种选择是将 CustomerID 列添加到新表，并将其用作外键，以创建与 Customers 表中的 CustomerID 列的关系。

使用外键创建新表时，可以使用 REFERENCE 建立与另一个表的关系。包含 REFERENCE 语句的表称为“引用”表。REFERENCE 语句中指定的表是被引用的表。REFERENCE 语句中指定的列称为引用列。

以下示例展示了如何使用 CREATE TABLE DDL 语句通过引用 Customers 表中的 CustomerID 的外键约束条件来创建 Orders 表。

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)
);

上述语句包含具有以下特征的 CONSTRAINT 子句：

  • 使用 CONSTRAINT 语法为限制条件命名，以便使用所选名称更轻松地删除表。

  • 该限制条件的名称为 FK_CustomerOrder。限制条件名称的范围在架构范围内，并且在架构中必须是唯一的。

  • 您在定义限制条件的 Orders 表称为引用表。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 Customers 中不存在的 CustomerID 的行，则插入将失败。

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现有商品。首先，您必须删除现有限制条件。然后，您可以使用 ALTER TABLE 向 Orders 表添加另一个外键限制条件，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，如果您同意 Spanner 为这些限制命名，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，您在商品订购数据库中有一个 Customers 表，该表需要一个 Orders 表。您希望添加引用 Customers 表的外键限制条件。但是，您希望确保将来删除客户记录时，Spanner 也会删除该客户的所有订单。在这种情况下，您需要将 ON DELETE CASCADE 操作与外键约束条件一起使用。

Orders 表的以下 CREATE TABLE DDL 语句包含通过 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 子句的外键约束条件。CustomerID 列是引用 Customers 表中的 CustomerID 字段的外键。这意味着 Orders 表中的每个 CustomerID 值也必须存在于 Customers 表中。如果有人尝试从 Customers 表中删除行，则 Orders 表中引用所删除的 CustomerID 值的所有行也会在同一事务中删除。

将具有删除操作的外键添加到现有表

您还希望确保仅为现有产品创建订单。您可以使用 ALTER TABLE 将另一个具有 ON DELETE CASCADE 操作的外键限制条件添加到订单表，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 Orders 表中引用已删除 ProductID 值的所有行。

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 可以保持数据的引用完整性。如果您以打破外键约束的方式修改数据，则更新将失败并报错。

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。由于使用了现有外键，您可以保证插入到 Orders 表中的数据具有参照完整性。

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。

以下示例展示了当您尝试以破坏引用完整性的方式修改数据时会发生什么情况。

  • 在 Orders 表中添加一个 Customers 中不存在的 CustomerID 值的行

    根据上图中的示例数据，如果尝试进行以下修改，会出现什么情况？

    INSERT INTO Orders (OrderID, ProductID, Quantity, CustomerID)
  VALUES (19, 337876, 4, 447);

    在这种情况下，系统会尝试向 Orders 中插入 Customers 表中不存在的 CustomerID (447) 的行。如果系统执行此操作，您的系统中将会存在无效订单。但是，通过向 Orders 表添加外键限制条件，您的表将受到保护。假设限制条件名称为 FK_CustomerOrder，INSERT 会失败并显示以下消息。

    Foreign key constraint `FK_CustomerOrder` is violated on table `Orders`.
Cannot find referenced values in Customers(CustomerID).

  • 当外键约束中引用客户时，尝试从 Customers 表中删除一行。

    设想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。

    DELETE FROM Customers WHERE CustomerID = 721;

    在此示例中，Spanner 通过外键限制条件检测到 Orders 表中仍然有记录引用了您尝试删除的客户行。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，以允许 Spanner 处理引用条目的删除。

查看外键关系的属性

Spanner 的 INFORMATION_SCHEMA 包含有关外键及其后备索引的信息。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，因此在 INDEXES 视图上查询 SPANNER_IS_MANAGED 将返回所有后备索引。

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，外键定义告诉 Spanner，TopHits 表中的每个 SongName 值在 Songs 表中都必须具有匹配的值；并且每对 SingerFirstName 和 SingerLastName 值在 Singers 表中都必须具有匹配的 FirstName 和 LastName 对值。

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

  1. 创建 TableA，但没有外键
  2. 使用 TableA 上的外键限制条件创建 TableB。
  3. 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