Criar e gerenciar relacionamentos de chave estrangeira

Nesta página, descrevemos como gerenciar relações de chave externa no banco de dados.

Uma chave externa é uma coluna compartilhada entre tabelas para estabelecer um vínculo entre dados relacionados. Quando você usa uma chave externa, o Spanner garante que esse relacionamento seja mantido.

O diagrama a seguir mostra um esquema de banco de dados simples em que os dados de uma tabela têm uma relação com os dados de outra tabela.

Figura 1. Diagrama de um esquema de banco de dados de processamento de pedidos

Há três tabelas no esquema mostrado na Figura 1:

• A tabela Customers registra os nomes de cada cliente.
• As tabelas Orders registram todos os pedidos feitos.
• A tabela Products armazena as informações de cada produto.

Há duas relações de chave externa entre essas tabelas:

• Um relacionamento de chave externa é definido entre a tabela Orders e a tabela Customers para garantir que um pedido não seja criado a menos que haja um cliente correspondente.

• Uma relação de chave externa entre a tabela Orders e a tabela Products garante que não seja possível criar um pedido para um produto que não existe.

Usando o esquema anterior como exemplo, este tópico discute as instruções CONSTRAINT da Linguagem de definição de dados (DDL, na sigla em inglês) que podem ser usadas para gerenciar as relações entre tabelas em um banco de dados.

Adicionar uma chave estrangeira ao criar uma nova tabela

Suponha que você criou uma tabela Customers no seu banco de dados simples de pedidos de produtos. Agora você precisa de uma tabela Orders para armazenar informações sobre os pedidos que os clientes fazem. Para garantir que todos os pedidos sejam válidos, não deixe que o sistema insira linhas na tabela Orders, a menos que também haja uma entrada correspondente na tabela Customers. Portanto, você precisa de uma chave externa para estabelecer uma relação entre as duas tabelas. Uma opção é adicionar uma coluna CustomerID à nova tabela e usá-la como chave externa para criar uma relação com a coluna CustomerID na tabela Customers.

Ao criar uma nova tabela com uma chave externa, use REFERENCE para estabelecer uma relação com outra tabela. A tabela com a instrução REFERENCE é chamada de tabela de referência. A tabela nomeada na instrução REFERENCE é a tabela referenciada. A coluna nomeada na instrução REFERENCE é chamada de coluna de referência.

O exemplo a seguir mostra como usar a instrução DDL CREATE TABLE para criar a tabela Orders com uma restrição de chave externa que faz referência a CustomerID na tabela 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)
);

A instrução anterior contém uma cláusula CONSTRAINT que tem as seguintes características:

• Uso da sintaxe CONSTRAINT para nomear uma restrição, facilitando o descarte da tabela usando o nome escolhido.

• A restrição tem o nome FK_CustomerOrder. Os nomes de restrição têm escopo para o esquema e precisam ser exclusivos dentro dele.

• A tabela Orders, em que você define a restrição, é a tabela de referência. A tabela Customers é a tabela referenciada.

• A coluna de referência na tabela de referência é CustomerID. Ele faz referência ao campo CustomerID na tabela Customers. Se alguém tentar inserir uma linha em Orders com um CustomerID que não existe em Customers, a inserção falhará.

Observação: geralmente, as colunas referenciadas da tabela referenciada correspondem às colunas de chave primária, mas isso não é obrigatório. Uma tabela de referência também pode fazer referência a colunas não principais de uma tabela referenciada.

O exemplo a seguir mostra uma instrução alternativa de criação de tabela. Aqui, a restrição de chave externa é definida sem um nome. Quando você usa essa sintaxe, o Spanner gera um nome para você. Para descobrir os nomes de todas as chaves externas, consulte Exibir propriedades de uma relação de chave 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)
);

Adicionar uma chave estrangeira a uma tabela atual

Você também quer ter certeza de que os clientes só possam encomendar produtos que existem. Primeiro, você precisa descartar a restrição existente. Em seguida, use ALTER TABLE para adicionar outra restrição de chave externa à tabela Orders, conforme mostrado abaixo:

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

A coluna de referência em Orders é ProductID e faz referência à coluna ProductID em "Produtos". Novamente, se você não concordar com a nomenclatura dessas restrições do Spanner, use a seguinte sintaxe:

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

Adicionar uma chave externa com uma ação de exclusão ao criar uma nova tabela

Lembre-se do exemplo anterior, em que você tem uma tabela Customers em um banco de dados de pedidos de produtos que precisa de uma tabela Orders. Adicione uma restrição chave externa que faça referência à tabela Customers. No entanto, você quer garantir que, ao excluir um registro de cliente no futuro, o Spanner também exclua todos os pedidos desse cliente. Nesse caso, você quer usar a ação ON DELETE CASCADE com a restrição de chave externa.

A seguinte instrução DDL CREATE TABLE para a tabela Orders inclui a restrição chave externa que referencia a tabela Customers com uma ação 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)
);

A instrução anterior contém uma restrição de chave externa com uma cláusula ON DELETE CASCADE. A coluna CustomerID é uma chave externa que faz referência ao campo CustomerID na tabela Customers. Isso significa que cada valor CustomerID na tabela Orders também precisa existir na tabela Customers. Se alguém tentar excluir uma linha da tabela Customers, todas as linhas na tabela Orders que se referem ao valor CustomerID excluído também serão excluídas na mesma transação.

Observação: se você não especificar uma ação de chave externa, a ação padrão será NO ACTION. Isso significa que, se alguém tentar excluir uma linha da tabela Customers e houver linhas na tabela Orders que se referem ao valor CustomerID excluído, a operação de exclusão falhará com um erro de violação de restrição de chave externa.

Adicionar uma chave externa com uma ação de exclusão a uma tabela atual

Você também quer ter certeza de que os pedidos sejam criados apenas para produtos que existem. É possível usar ALTER TABLE para adicionar outra restrição de chave externa com a ação ON DELETE CASCADE à tabela de pedidos da seguinte maneira:

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

Excluir uma linha da tabela Products exclui todas as linhas da tabela Orders que fazem referência ao valor ProductID excluído.

Observação: não é possível adicionar ou descartar uma ação de chave externa em uma restrição de chave externa. Você precisa adicionar uma nova restrição de chave externa com uma ação. Para mais informações, consulte Alterações de esquema de longa duração.

Consultar dados em relações de chave externa

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

Exemplos de como o Spanner mantém a integridade referencial

O principal motivo para adicionar relacionamentos de chave externa é para que o Spanner possa manter a integridade referencial dos seus dados. Se você modificar os dados de modo a quebrar uma restrição de chave externa, a atualização falhará com um erro.

Considere os dados na Figura 2. Alguns clientes solicitaram produtos, conforme mostrado na tabela de pedidos. Devido às chaves externas já estabelecidas, é possível garantir que os dados inseridos na tabela Orders tenham integridade referencial.

Figura 2. Dados de amostra do nosso banco de dados de pedidos.

Os exemplos a seguir mostram o que acontece quando você tenta modificar os dados de uma maneira que corrompe a integridade referencial.

• Adicione uma linha à tabela Orders com um valor CustomerID que não existe em Customers

  O que acontece se você tentar a modificação a seguir, de acordo com os dados de amostra do diagrama anterior?

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

  Nesse caso, o sistema tentaria inserir uma linha em Orders com um CustomerID (447) que não existe na tabela Customers. Se isso acontecesse, você teria um pedido inválido. No entanto, com a restrição chave externa adicionada à tabela Orders, sua tabela estará protegida. O INSERT falha com a mensagem a seguir, supondo que a restrição seja chamada de FK_CustomerOrder.

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

• Tente excluir uma linha da tabela Customers quando o cliente for referenciado em uma restrição de chave externa.

  Imagine uma situação em que um cliente cancela a inscrição na sua loja on-line. Você quer remover o cliente do back-end, então tente realizar a operação a seguir.

  DELETE FROM Customers WHERE CustomerID = 721;
  

  Neste exemplo, o Spanner detecta, por meio da restrição de chave externa que ainda há registros na tabela Orders que fazem referência à linha do cliente que você está tentando excluir. O erro a seguir é exibido nesse caso.

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

  Para corrigir esse problema, primeiro exclua todas as entradas de referência em Orders. Também é possível definir a chave externa com a ação ON DELETE CASCADE para permitir que o Spanner gerencie a exclusão de entradas de referência.

Ver propriedades de um relacionamento de chave estrangeira

O INFORMATION_SCHEMA do Spanner contém informações sobre chaves estrangeiras e os respectivos índices de apoio. Veja a seguir alguns exemplos das perguntas que você pode responder consultando a INFORMATION SCHEMA.

Para mais informações sobre índices de backup, consulte Índices de backup de chaves externas.

Quais restrições são definidas no meu banco de dados?

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

Quais chaves externas são definidas no meu banco de dados?

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

Quais índices são secundários para chaves estrangeiras, também conhecidos como índices de backup?

Os índices de suporte de chaves estrangeiras são gerenciados pelo Spanner. Portanto , a consulta de SPANNER_IS_MANAGED na visualização INDEXES retorna todos os índices de apoio.

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';

Qual é a ação referencial definida com a restrição de chave externa?

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

Para mais informações, consulte Esquema de informações.

Remover um relacionamento de chave estrangeira

A DDL a seguir remove uma restrição de chave externa da tabela Orders.

ALTER TABLE Orders
  DROP CONSTRAINT FK_CustomerOrder;

Os índices de backup de chave externa são descartados automaticamente quando a própria restrição é descartada.

Suporte para relacionamentos mais complexos de chaves estrangeiras

Várias colunas

As chaves externas podem fazer referência a várias colunas. A lista de colunas forma uma chave que corresponde à chave primária de uma tabela ou a um índice de backup. A tabela de referência contém chaves externas da chave de tabela referenciada.

No exemplo a seguir, as definições de chave externa informam ao Spanner que cada valor SongName na tabela TopHits precisa ter um valor correspondente na tabela "Songs". Além disso, cada par de valores SingerFirstName e SingerLastName precisa ter um par de valores FirstName e LastName correspondente na tabela "Artistas".

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)
);

Referências circulares

Ocasionalmente, as tabelas têm dependências circulares, talvez por motivos legados ou devido à desnormalização. As chaves externas do Spanner permitem referências circulares. Como uma tabela referenciada precisa existir antes que uma chave externa possa referenciá-la, uma das chaves externas precisa ser adicionada com uma instrução ALTER TABLE. Veja um exemplo:

1. Criar a tabela A, sem uma chave externa
2. Criar a tabela B com uma restrição de chave externa na tabela A.
3. Usar ALTER TABLE na tabela A para criar uma referência de chave externa para a tabela B.

Tabelas de autorreferência

Um tipo especial de referência circular é uma tabela que define uma chave externa que faz referência à mesma tabela. Por exemplo, o snippet a seguir mostra uma chave externa para determinar que o ManagerId de um funcionário também seja um funcionário.

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)
);

A seguir

• Saiba mais sobre o suporte a chaves estrangeiras no Spanner.

• Saiba mais sobre o Esquema de informações do Spanner.