Crear y administrar relaciones de claves externas

En esta página, se describe cómo administrar las relaciones de claves externas en la base de datos.

Una clave externa es una columna que se comparte entre tablas para establecer un vínculo entre los datos relacionados. Cuando usas una clave externa, Spanner se asegura de que se mantenga esta relación.

En el siguiente diagrama, se muestra un esquema de base de datos básico en el que los datos de una tabla tienen una relación con los datos de otra tabla.

Figura 1. Diagrama de un esquema de base de datos de procesamiento de pedidos

Hay tres tablas en el esquema que se muestra en la Figura 1:

• En la tabla Customers, se registran los nombres de cada cliente.
• En las tablas Orders, se realiza un seguimiento de todos los pedidos realizados.
• En la tabla Products, se almacena la información de cada producto.

Existen dos relaciones de claves externas entre estas tablas:

• Una relación de clave externa se define entre la tabla Orders y la tabla Customers para garantizar que no se pueda crear un pedido a menos que haya un cliente correspondiente.

• Una relación de clave externa entre la tabla Orders y la Products garantiza que no se pueda crear un pedido para un producto que no existe.

En este tema, se usa el esquema anterior como ejemplo para analizar las instrucciones CONSTRAINT del lenguaje de definición de datos (DDL) que puedes usar para administrar las relaciones entre tablas en una base de datos.

De forma predeterminada, todas las claves externas de Spanner son claves externas obligatorias, que aplican la integridad referencial. En Spanner, también puedes usar claves externas informativas, que no validan ni aplican la integridad referencial. Para obtener más información, consulta Comparación de claves externas y Elige qué tipo de clave externa usar. Cuando no se especifican, las claves externas de los ejemplos de esta página son claves externas forzosas.

Agrega una clave externa a una tabla nueva

Supongamos que creaste una tabla Customers en tu base de datos básica de pedidos de productos. Ahora necesitas una tabla Orders para almacenar información sobre los pedidos que realizan los clientes. Para garantizar que todos los pedidos sean válidos, no debes permitir que el sistema inserte filas en la tabla Orders, a menos que también haya una entrada coincidente en la tabla Customers. Por lo tanto, necesitas una clave externa forzosa para establecer una relación entre las dos tablas. Una opción es agregar una columna CustomerID a la tabla nueva y usarla como clave externa para crear una relación con la columna CustomerID en la tabla Customers.

Cuando creas una tabla nueva con una clave externa, usas REFERENCE para establecer una relación con otra tabla. La tabla que contiene la sentencia REFERENCE se denomina tabla de referencia. La tabla que se nombra en la sentencia REFERENCE es la tabla a la que se hace referencia. La columna que se nombra en la sentencia REFERENCE se denomina columna referente.

En el siguiente ejemplo, se muestra cómo usar la sentencia DDL CREATE TABLE para crear la tabla Orders con una restricción de clave externa que hace referencia a CustomerID en la tabla Customers.

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)
);

La sentencia anterior contiene una cláusula CONSTRAINT que tiene las siguientes características:

• El uso de la sintaxis CONSTRAINT para nombrar una restricción, lo que facilita la eliminación de la tabla con el nombre que elegiste

• La restricción tiene el nombre FK_CustomerOrder. Los nombres de las restricciones se limitan al esquema y deben ser únicos dentro del mismo.

• La tabla Orders, en la que defines la restricción, es la tabla de referencia. La tabla Customers es la tabla a la que se hace referencia.

• La columna de referencia en la tabla de referencia es CustomerID. Hace referencia al campo CustomerID en la tabla Customers. Si alguien intenta insertar una fila en Orders con un CustomerID que no existe en Customers, la inserción fallará.

Nota: A menudo, las columnas a las que se hace referencia en la tabla corresponden a las columnas de claves primarias, pero esto no es obligatorio. Una tabla referente también puede hacer referencia a columnas no principales de una tabla a la que se hace referencia.

En el siguiente ejemplo, se muestra una declaración de creación de tabla alternativa. Aquí, la restricción de clave externa se define sin un nombre. Cuando usas esta sintaxis, Spanner genera un nombre por ti. Para descubrir los nombres de todas las claves externas, consulta Visualización de las propiedades de una relación de clave externa.

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)
);

Agregar una clave externa a una tabla existente

También debes asegurarte de que los clientes solo puedan pedir productos que existan. Si tu tabla tiene restricciones existentes, debes soltar todas las restricciones. En Spanner, todas las restricciones aplicadas en una tabla deben implementarse al mismo tiempo en una sola instrucción DDL por lotes.

Si tu tabla no tiene restricciones existentes, puedes usar la sentencia DDL ALTER TABLE para agregar una restricción de clave externa forzosa a la tabla Orders existente, como se muestra en el siguiente ejemplo:

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

La columna de referencia en Orders es ProductID y hace referencia a la columna ProductID en Products. Si deseas usar Spanner para nombrar estas restricciones, usa la siguiente sintaxis:

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

Agrega una clave externa con una acción de eliminación a una tabla nueva

Recuerda el ejemplo anterior en el que tienes una tabla Customers en una base de datos de pedidos de productos que necesita una tabla Orders. Quieres agregar una restricción de clave externa que haga referencia a la tabla Customers. Sin embargo, deseas asegurarte de que, cuando borres un registro de cliente en el futuro, Spanner también borre todos los pedidos de ese cliente. En este caso, debes usar la acción ON DELETE CASCADE con la restricción de clave externa.

La siguiente sentencia DDL CREATE TABLE para la tabla Orders incluye la restricción de clave externa que hace referencia a la tabla Customers con una acción ON DELETE CASCADE.

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)
);

La sentencia anterior contiene una restricción de clave externa con una cláusula ON DELETE CASCADE. La columna CustomerID es una clave externa que hace referencia al campo CustomerID en la tabla Customers. Esto significa que cada valor CustomerID de la tabla Orders también debe existir en la tabla Customers. Si alguien intenta borrar una fila de la tabla Customers, todas las filas de la tabla Orders que hacen referencia al valor CustomerID borrado también se borran en la misma transacción.

Nota: Si no especificas una acción de clave externa, la acción predeterminada es NO ACTION. Esto significa que, si alguien intenta borrar una fila de la tabla Customers y hay filas en la tabla Orders que hacen referencia al valor CustomerID borrado, la operación de eliminación fallará con un error de incumplimiento de restricción de clave externa.

Agrega una clave externa con una acción de eliminación a una tabla

También debes asegurarte de que los pedidos solo se creen para los productos que existen. Puedes usar ALTER TABLE para agregar otra restricción de clave externa con la acción ON DELETE CASCADE a la tabla de pedidos de la siguiente manera:

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

Si borras una fila de la tabla Products, se borrarán todas las filas de la tabla Orders que hagan referencia al valor ProductID borrado.

Nota: No se admite agregar o quitar una acción de clave externa en una restricción de clave externa existente. Debes agregar una nueva restricción de clave externa con una acción. Para obtener más información, consulta Cambios de esquema de larga duración.

Usa claves externas informativas (solo GoogleSQL)

Las claves externas informativas permiten que el optimizador de consultas use la relación de clave externa sin la sobrecarga que generan las verificaciones de integridad referencial que realizan las claves externas aplicadas. Las claves externas informativas son útiles cuando no es práctico aplicar una integridad referencial estricta o cuando se incurre en una sobrecarga de rendimiento significativa.

Para continuar con el ejemplo anterior, imagina que quieres modelar las relaciones entre las tablas Customers, Orders y Products. Sin embargo, forzar una integridad referencial estricta en los datos de las tablas podría generar cuellos de botella de rendimiento, en especial durante los períodos de compras más importantes con grandes volúmenes de pedidos. Además, los clientes pueden realizar pedidos de productos que se discontinuaron y se quitaron de la tabla Products.

Puedes crear la tabla Orders con claves externas informativas:

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) NOT ENFORCED,
    CONSTRAINT FK_ProductOrder FOREIGN KEY (ProductID) REFERENCES Products (ProductID) NOT ENFORCED
) PRIMARY KEY (OrderID);

Cuando creas una clave externa informativa con NOT ENFORCED, permites que un pedido haga referencia a un cliente o producto inexistente. Usar una clave externa informativa en lugar de una restricción de clave externa forzosa es una buena opción si es posible que se borre una cuenta de cliente o que se descatalogue un producto. Con una clave externa informativa, Spanner no realiza la validación de integridad referencial. Esto reduce la sobrecarga de escritura, lo que podría mejorar el rendimiento durante los períodos de procesamiento de pedidos máximos.

Puedes permitir que el optimizador de consultas use las relaciones para generar planes de consultas eficientes. Esto puede mejorar el rendimiento de las consultas que unen las tablas en columnas de clave externa. Para obtener más información, consulta clave externa informativa para la optimización de consultas.

Precaución: Si la lógica de tu aplicación requiere una integridad referencial estricta (por ejemplo, evitar pedidos de productos que no existen), debes implementar verificaciones adicionales a nivel de la aplicación. Los resultados de la consulta pueden verse afectados si hay inconsistencias en los datos. Por ejemplo, una consulta que une Orders con Products podría mostrar un pedido con un ProductID descontinuado si el optimizador usa una clave externa informativa.

Consulta datos en relaciones de claves externas

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

Integridad referencial con claves externas aplicadas

El motivo principal para agregar relaciones de clave externa aplicadas es que Spanner pueda mantener la integridad referencial de tus datos. Si modificas los datos de una manera que infrinja una restricción de clave externa, la actualización fallará con un error.

Considera los datos de la Figura 2. Algunos clientes pidieron productos, como se muestra en la tabla Orders. Debido a la restricción de clave externa forzosa que se implementó, los datos que se insertaron en la tabla Orders tienen integridad referencial.

Figura 2. Datos de muestra para la base de datos de pedidos.

En los siguientes ejemplos, se muestra lo que sucede cuando intentas modificar los datos de una manera que incumpla la integridad referencial.

• Agrega una fila a la tabla Orders con un valor CustomerID que no existe en Customers.

  ¿Qué sucede si pruebas la siguiente modificación, según los datos de muestra del diagrama anterior?

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

  En este caso, el sistema intentaría insertar una fila en Orders con un CustomerID (447) que no existe en la tabla Customers. Si el sistema hiciera esto, tendrías un orden no válido en tu sistema. Sin embargo, con la restricción de clave externa forzosa que agregaste a la tabla Orders, esta está protegida. INSERT falla con el siguiente mensaje, si la restricción se llama FK_CustomerOrder.

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

  A diferencia de las claves externas aplicadas, las claves externas informativas no aplican la integridad referencial. Si FK_CustomerOrder es una clave externa informativa, la sentencia de inserción se realiza correctamente porque Spanner no valida que el CustomerID correspondiente exista en la tabla Customers. Debido a esto, es posible que los datos no cumplan con la integridad referencial que define FK_CustomerOrder.

• Intenta borrar una fila de la tabla Customers cuando se hace referencia al cliente en una restricción de clave externa forzosa.

  Imagina una situación en la que un cliente anula su suscripción a tu tienda en línea. Quieres quitar al cliente de tu backend, por lo que intentas realizar la siguiente operación.

  DELETE FROM Customers WHERE CustomerID = 721;
  

  En este ejemplo, Spanner detecta a través de la restricción de clave externa que aún hay registros en la tabla Orders que hacen referencia a la fila del cliente que intentas borrar. En este caso, se muestra el siguiente error.

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

  Para solucionar este problema, primero borra todas las entradas de referencia en Orders. También puedes definir la clave externa con la acción ON DELETE CASCADE para permitir que Spanner controle la eliminación de las entradas de referencia.

  Del mismo modo, si FK_CustomerOrder es una clave externa informativa, la acción de eliminación se realiza correctamente porque Spanner no garantiza la integridad referencial de las claves externas informativas.

Consultar las propiedades de las relaciones de claves externas

INFORMATION_SCHEMA de Spanner contiene información sobre claves externas y sus índices de respaldo. Estos son algunos ejemplos de las preguntas que puedes responder si consultas INFORMATION SCHEMA.

Para obtener más información sobre los índices de respaldo, consulta Índices de respaldo de claves externas.

¿Qué restricciones se definen en la base de datos?

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

¿Qué claves externas se definen en la base de datos?

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

¿Qué índices son secundarios (de respaldo) para las claves externas?

Spanner administra los índices de copia de seguridad de claves externas , por lo que consultar SPANNER_IS_MANAGED en la vista INDEXES mostrará todos los índices de copia de seguridad.

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';

¿Cuál es la acción referencial definida con la restricción de clave externa?

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

¿Una clave externa se aplica o no se aplica?

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

Para obtener más información, consulta Esquema de información.

Quitar relaciones de claves externas

Con la siguiente DDL, se descarta una restricción de clave externa de la tabla Orders.

ALTER TABLE Orders
  DROP CONSTRAINT FK_CustomerOrder;

Los índices de respaldo de claves externas se descartan automáticamente cuando se descarta la restricción.

Compatibilidad con relaciones más complejas de claves externas

En los siguientes temas, se muestra cómo usar claves externas para aplicar relaciones más complejas entre tablas.

Varias columnas

Las claves externas pueden hacer referencia a varias columnas. La lista de columnas forma una clave que corresponde a la clave primaria de una tabla o a un índice de respaldo. La tabla referente contiene claves externas de la clave de la tabla a la que se hace referencia.

En el siguiente ejemplo, las definiciones de claves externas aplicadas indican lo siguiente:

• Cada valor SongName en la tabla TopHits debe tener un valor coincidente en la tabla Songs.

• Cada par de valores SingerFirstName y SingerLastName debe tener un par de valores FirstName y LastName coincidentes en la tabla Singers.

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)
);

Referencias circulares

En ocasiones, las tablas tienen dependencias circulares, tal vez por motivos heredados o debido a la desnormalización. Las claves externas de Spanner permiten referencias circulares. Dado que una tabla externa debe existir antes de que una clave externa pueda hacer referencia a ella, una de las claves externas debe agregarse con un estado ALTER TABLE. Por ejemplo:

1. Crea TableA, sin una clave externa.
2. Crea TableB con una restricción de clave externa en TableA.
3. Usa ALTER TABLE en TableA para crear una referencia de clave externa a TableB.

Tablas que hacen referencia a sí mismas

Un tipo especial de referencia circular es una tabla que define una clave externa que hace referencia a la misma tabla. Por ejemplo, en el siguiente fragmento, se muestra una clave externa para garantizar que el ID del administrador de un empleado también sea un empleado.

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)
);

¿Qué sigue?

• Obtén más información sobre la compatibilidad con claves externas en Spanner.

• Obtén más información sobre INFORMATION SCHEMA de Spanner.