數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中如何實(shí)現(xiàn)主鍵

本篇內(nèi)容主要講解“數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中如何實(shí)現(xiàn)主鍵”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中如何實(shí)現(xiàn)主鍵”吧!

在基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)候，通常要為每張表指定一個主鍵，所謂主鍵就是能夠唯一標(biāo)識表中某一行記錄的屬性或?qū)傩越M，一個表只能有一個主鍵，但可以有多個候選索引。因?yàn)橹麈I可以唯一標(biāo)識某一行記錄，所以可以確保執(zhí)行數(shù)據(jù)更新、刪除、修改時(shí)不出現(xiàn)錯誤。當(dāng)然，其它字段可以輔助我們在執(zhí)行這些操作時(shí)消除共享沖突，不是本文討論的重點(diǎn)，不再贅述。主鍵除了上述作用外，常常與外鍵構(gòu)成參照完整性約束，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致。所以數(shù)據(jù)庫在設(shè)計(jì)時(shí)，主鍵起到了很重要的作用。常見的數(shù)據(jù)庫主鍵選取方式有： 自動增長式、手動增長式 、UniqueIdentifier、聯(lián)合式（復(fù)合式）、時(shí)間序列+隨機(jī)數(shù)式、“COMB（Combine）”類型。

一、自動增長式

很多數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者喜歡使用自動增長型字段，因?yàn)樗褂煤唵?。自動增長式允許我們在向數(shù)據(jù)庫添加數(shù)據(jù)時(shí)，不考慮主鍵的取值，記錄插入后，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)會自動為其分配一個值，確保絕對不會出現(xiàn)重復(fù)。如果使用SQL Server數(shù)據(jù)庫的話，我們還可以在記錄插入后使用@@IDENTITY全局變量獲取系統(tǒng)分配的主鍵值。
盡管自動增長式字段會省掉我們很多繁瑣的工作，但使用它也存在潛在的問題，那就是在數(shù)據(jù)緩沖模式下，很難預(yù)先填寫主鍵與外鍵的值。假設(shè)有主輔兩張表：

Order(OrderID, OrderDate)  訂單表
OrderDetial(OrderID, LineNum, ProductID, Price)  訂單明細(xì)表

Order 表中的OrderID是自動增長型的字段。假設(shè)現(xiàn)在需要我們錄入一張訂單，包括在Order表中插入一條記錄以及在OrderDetail表中插入若干條記錄。因?yàn)镺rder表中的OrderID是自動增長型的字段，那么我們在記錄正式插入到數(shù)據(jù)庫之前無法事先得知它的取值，只有在更新后才能知道數(shù)據(jù)庫為它分配的是什么值。這會造成以下矛盾發(fā)生：
首先，為了能在OrderDetail的OrderID字段中添入正確的值，必須先更新 Order表以獲取到系統(tǒng)為其分配的OrderID值，然后再用這個OrderID填充OrderDetail表的OrderID列。最后更新OderDetail表。但是，為了確保數(shù)據(jù)的一致性，Order與OrderDetail在更新時(shí)必須在事務(wù)模式下進(jìn)行的，即要么兩張表同時(shí)同時(shí)更新成功、要么全部失敗，顯然它們是相互矛盾的。
 其次，當(dāng)我們需要在多個數(shù)據(jù)庫間進(jìn)行數(shù)據(jù)的復(fù)制時(shí)（SQL Server的數(shù)據(jù)分發(fā)、訂閱機(jī)制允許我們進(jìn)行庫間的數(shù)據(jù)復(fù)制操作），自動增長式字段可能造成數(shù)據(jù)合并時(shí)的主鍵沖突及表關(guān)聯(lián)關(guān)系的丟失。設(shè)想一個數(shù)據(jù)庫中的Order表向另一個庫中的Order表復(fù)制數(shù)據(jù)庫時(shí)，OrderID到底該不該自動增長呢？如果自動增長，其子表OrderDetial的關(guān)聯(lián)關(guān)系會丟失，如果不增長就會和現(xiàn)有數(shù)據(jù)主鍵重復(fù)，是不是很矛盾呢？
再次，自增量的值都是需要在系統(tǒng)中維護(hù)一個全局的數(shù)據(jù)值，每次插入數(shù)據(jù)時(shí)即對此次值進(jìn)行增量取值。當(dāng)在產(chǎn)生唯一標(biāo)識的并發(fā)環(huán)境中，每次的增量取值都必須為此全局值加鎖解鎖以保證增量的唯一性。造成并發(fā)瓶頸，降低查詢性能。
    還有當(dāng)數(shù)據(jù)表足夠大或頻繁的更改和插入操作導(dǎo)致主鍵類型值超出范圍，這種情況一般很少碰到，但也是我們進(jìn)行數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個問題

二、手動增長型字段

既然自動增長型字段會帶來如此的麻煩，我們不妨考慮使用手動增長型的字段，也就是說主鍵的值需要自己維護(hù)，通常情況下需要建立一張單獨(dú)的表存儲當(dāng)前主鍵鍵值。為了敘述上的方便仍然利用上面的例子進(jìn)行闡述，新建一張表叫IntKey，包含兩個字段，KeyName以及KeyValue。就像一個HashTable，給一個KeyName，就可以知道目前的KeyValue是什么，然后手工實(shí)現(xiàn)鍵值數(shù)據(jù)遞增。在SQL Server中可以編寫這樣一個存儲過程，讓取鍵值的過程自動進(jìn)行。代碼如下：

CREATE PROCEDURE [GetKey]
@KeyName char(10),
@KeyValue int OUTPUT
AS
UPDATE IntKey SET @KeyValue = KeyValue = KeyValue + 1 WHERE KeyName = @KeyName
GO

這樣，通過調(diào)用存儲過程，我們可以獲得最新鍵值，確保不會出現(xiàn)重復(fù)。若將OrderID字段設(shè)置為手動增長式字段，我們的程序可以由以下幾步來實(shí)現(xiàn)：首先調(diào)用存儲過程，獲得一個OrderID，然后使用這個OrderID填充Order表與OrderDetail表，最后在事務(wù)機(jī)制下對兩表進(jìn)行更新。
使用手動增長式字段作為主鍵在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫間數(shù)據(jù)復(fù)制時(shí)，可以確保數(shù)據(jù)合并過程中不會出現(xiàn)鍵值沖突，只要為不同的數(shù)據(jù)表分配不同的主鍵取值段就行了。但是，使用手動增長型字段會增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，必須通過增加一次數(shù)據(jù)庫訪問來獲取當(dāng)前主鍵鍵值，這會增加網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的負(fù)載，當(dāng)處于一個低速或斷開的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中時(shí)，這種做法會有很大的弊端。同時(shí)，手工維護(hù)主鍵還要考慮并發(fā)沖突等種種因素，這更會增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

三、使用UniqueIdentifier

SQL Server為我們提供了UniqueIdentifier數(shù)據(jù)類型，并提供了一個生成函數(shù)NEWID( )，使用NEWID( )可以生成一個唯一的UniqueIdentifier。UniqueIdentifier在數(shù)據(jù)庫中占用16個字節(jié)，出現(xiàn)重復(fù)的概率幾乎為0，號稱全球唯一標(biāo)識。我們經(jīng)常從注冊表或WINDOWS程序出現(xiàn)錯誤需要調(diào)試時(shí)看到類似 768427bf-9b37-4776-97ca-000365e160d5或{45F0EB02-0727-4F2E-AAB5-E8AEDEE0CEC5} 的東西實(shí)際上就是一個UniqueIdentifier，Windows用它來做COM組件以及接口的標(biāo)識，防止出現(xiàn)重復(fù)。在.NET中 UniqueIdentifier稱之為GUID（Global Unique Identifier）。在C#中可以使用如下命令生成一個GUID：
Guid u = System.Guid.NewGuid();
對于上面提到的Order與OrderDetail的程序，如果選用UniqueIdentifier作為主鍵的話，我們完全可以避免上面提到的增加網(wǎng)絡(luò)RoundTrip的問題。通過程序直接生成GUID填充主鍵，不用考慮是否會出現(xiàn)重復(fù)。 但是UniqueIdentifier 字段也存在嚴(yán)重的缺陷：首先，它的長度是16字節(jié)，是整數(shù)的4倍長，會占用大量存儲空間。更為嚴(yán)重的是，UniqueIdentifier的生成毫無規(guī)律可言，也就是說是無序的，要想在上面建立索引（絕大多數(shù)數(shù)據(jù)庫在主鍵上都有索引）是一個非常耗時(shí)的操作。有人做過實(shí)驗(yàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)表記錄比較大的時(shí)，在不同的數(shù)據(jù)量級別上插入同樣的數(shù)據(jù)量，使用 UniqueIdentifier型數(shù)據(jù)做主鍵要比使用Integer型數(shù)據(jù)慢，且還沒有考慮到表關(guān)聯(lián)的情況，出于效率考慮，盡可能避免使用UniqueIdentifier型數(shù)據(jù)庫作為主鍵值，但隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)計(jì)算速度越來越快，在中小型項(xiàng)目中使用UniqueIdentifier式主鍵也是一個選項(xiàng)。

四、使用業(yè)務(wù)字段聯(lián)合主鍵
   
基于DEPHI和POWERBUILDER等數(shù)據(jù)庫工具開發(fā)C/S系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員，習(xí)慣上用有業(yè)務(wù)意義的字段組合成復(fù)合主鍵做數(shù)據(jù)表主鍵。使用業(yè)務(wù)主鍵當(dāng)然有其與生俱來的好處，一般情況下數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)會在默認(rèn)條件下建立聚簇索引，而且這個聚簇索引基于主鍵升序排列，當(dāng)數(shù)據(jù)量比較小時(shí)，我們感覺不到這種差別，當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，這種基于主鍵定義的聚簇索引的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來，這就使得數(shù)據(jù)表在每次存取數(shù)據(jù)時(shí)按照索引準(zhǔn)確確認(rèn)數(shù)據(jù)插入或更新的磁盤物理位置，減少磁頭尋址時(shí)間，從而提高數(shù)據(jù)庫性能，而且能夠從業(yè)務(wù)意義上保證數(shù)據(jù)的完整性，增加程序的可靠性。但是基于業(yè)務(wù)字段的聯(lián)合索引，當(dāng)業(yè)務(wù)字段選用比較多時(shí)會占用比較多的磁盤空間，而且索引頁會占用更多的內(nèi)存頁面，從而導(dǎo)致查詢命中率降低；另外使用業(yè)務(wù)主鍵，當(dāng)涉及到主鍵數(shù)據(jù)的修改時(shí)，要在編程過程中記錄新值和原值的關(guān)系表，在更新時(shí)又要進(jìn)行新值和原值的比對，增加編寫程序的復(fù)雜度。

五、時(shí)間序列+隨機(jī)數(shù)主鍵

采用精確到毫秒甚至鈉秒級的時(shí)間和一個隨機(jī)產(chǎn)生的兩位數(shù)做主鍵，如200911282311528+兩位隨機(jī)數(shù)，不失為解決主鍵問題的一個有效辦法。這樣產(chǎn)生的主鍵既避免了UniqueIdentifier型字段做主鍵時(shí)的無序，又能有效避免自動增長型主鍵帶來的諸如復(fù)制和數(shù)據(jù)導(dǎo)入的麻煩。但在使用用戶眾多的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，在時(shí)間和空間上仍然不能保證唯一性的問題。

六、使用“COMB（Combine）”類型

既然上面五種主鍵類型選取策略都存在各自的缺點(diǎn)，那么到底有沒有好的辦法加以解決呢？答案是肯定的。通過使用COMB類型（數(shù)據(jù)庫中沒有COMB類型，它是Jimmy Nilsson在他的“The Cost of GUIDs as Primary Keys”一文中設(shè)計(jì)出來的），可以在以上眾多的主鍵策略之間采用中庸之道，找到一個很好的平衡點(diǎn)。

COMB數(shù)據(jù)類型的基本設(shè)計(jì)思路是這樣的：既然UniqueIdentifier數(shù)據(jù)因毫無規(guī)律可言造成索引效率低下，影響了系統(tǒng)的性能，那么我們能不能通過組合的方式，保留UniqueIdentifier的前10個字節(jié)，用后6個字節(jié)表示GUID生成的時(shí)間（DateTime），這樣我們將時(shí)間信息與 UniqueIdentifier組合起來，在保留UniqueIdentifier的唯一性的同時(shí)增加了有序性，以此來提高索引效率。也許有人會擔(dān)心 UniqueIdentifier減少到10字節(jié)會造成數(shù)據(jù)出現(xiàn)重復(fù)，其實(shí)不用擔(dān)心，后6字節(jié)的時(shí)間精度可以達(dá)到1/300秒，兩個COMB類型數(shù)據(jù)完全相同的可能性是在這1/300秒內(nèi)生成的兩個GUID前10個字節(jié)完全相同，這幾乎是不可能的！在SQL Server中用SQL命令將這一思路實(shí)現(xiàn)出來便是：

DECLARE @aGuid UNIQUEIDENTIFIER
SET @aGuid = CAST(CAST(NEWID() AS BINARY(10))
+ CAST(GETDATE() AS BINARY(6)) AS UNIQUEIDENTIFIER)

經(jīng)過測試，使用COMB做主鍵比使用INT做主鍵，在檢索、插入、更新、刪除等操作上仍然顯慢，但比Unidentifier類型要快上一些。除了使用存儲過程實(shí)現(xiàn)COMB數(shù)據(jù)外，我們也可以使用C#生成COMB數(shù)據(jù)，這樣所有主鍵生成工作可以在客戶端完成。

C#代碼如下：

復(fù)制代碼 代碼如下:

//================================================
/**////<summary>
/// 返回 GUID 用于數(shù)據(jù)庫操作，特定的時(shí)間代碼可以提高檢索效率
/// </summary>
/// <returns>COMB (GUID 與時(shí)間混合型) 類型 GUID 數(shù)據(jù)</returns>
public static Guid NewComb()
{
byte[] guidArray = System.Guid.NewGuid().ToByteArray();
DateTime baseDate = new DateTime(1900,1,1);
DateTime now = DateTime.Now;
// Get the days and milliseconds which will be used to build the byte string
TimeSpan days = new TimeSpan(now.Ticks - baseDate.Ticks);
TimeSpan msecs = new TimeSpan(now.Ticks - (new DateTime(now.Year, now.Month, now.Day).Ticks));
// Convert to a byte array
// Note that SQL Server is accurate to 1/300th of a millisecond so we divide by 3.333333
byte[] daysArray = BitConverter.GetBytes(days.Days);
byte[] msecsArray = BitConverter.GetBytes((long)(msecs.TotalMilliseconds/3.333333));
// Reverse the bytes to match SQL Servers ordering
Array.Reverse(daysArray);
Array.Reverse(msecsArray);
// Copy the bytes into the guid
Array.Copy(daysArray, daysArray.Length - 2, guidArray, guidArray.Length - 6, 2);
Array.Copy(msecsArray, msecsArray.Length - 4, guidArray, guidArray.Length - 4, 4);
return new System.Guid(guidArray);
}
//================================================
/**//// <summary>
/// 從 SQL SERVER 返回的 GUID 中生成時(shí)間信息
/// </summary>
/// <param name="guid">包含時(shí)間信息的 COMB </param>
/// <returns>時(shí)間</returns>
public static DateTime GetDateFromComb(System.Guid guid)
{
DateTime baseDate = new DateTime(1900,1,1);
byte[] daysArray = new byte[4];
byte[] msecsArray = new byte[4];
byte[] guidArray = guid.ToByteArray();
// Copy the date parts of the guid to the respective byte arrays.
Array.Copy(guidArray, guidArray.Length - 6, daysArray, 2, 2);
Array.Copy(guidArray, guidArray.Length - 4, msecsArray, 0, 4);
// Reverse the arrays to put them into the appropriate order
Array.Reverse(daysArray);
Array.Reverse(msecsArray);
// Convert the bytes to ints
int days = BitConverter.ToInt32(daysArray, 0);
int msecs = BitConverter.ToInt32(msecsArray, 0);
DateTime date = baseDate.AddDays(days);
date = date.AddMilliseconds(msecs * 3.333333);
return date;
}

到此，相信大家對“數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中如何實(shí)現(xiàn)主鍵”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！