關聯式資料庫與資料完整性：初學者指南

更新日期： 2025 年 3 月 4 日

在現代資訊系統中，關聯式資料庫（Relational Database）是最常見的資料存儲方式之一。

無論是電商網站、企業管理系統，還是社交媒體平台，都依賴關聯式資料庫來存儲與管理資料。

然而，確保資料的準確性、一致性和可靠性至關重要，這就是「資料完整性」的概念。

本篇文章將介紹關聯式資料庫的基本概念，並探討如何透過各種機制來確保資料完整性。

什麼是關聯式資料庫？

關聯式資料庫（Relational Database，簡稱 RDB）是一種使用「表格」來組織和存儲資料的數據庫類型。

這些表格由 欄位（Columns）和列（Rows） 組成，每個欄位代表一種資料屬性，而每一列則對應一筆資料。

關聯式資料庫的核心特性

1. 結構化存儲：數據以表格（Table）形式存儲，每張表通常具有主鍵（Primary Key）來唯一標識資料。
2. 關聯性：表與表之間透過外鍵（Foreign Key）來建立關聯，避免資料重複存儲。
3. 標準化語言：使用 SQL（Structured Query Language）進行查詢和管理。
4. 資料完整性保證：透過不同的約束條件（Constraints）和機制，確保資料的準確性與一致性。

資料完整性是什麼？

資料完整性（Data Integrity）指的是確保資料的準確性、一致性和可靠性，防止資料丟失、損壞或不正確的數據進入資料庫。

這對於商業應用來說極為重要，因為不完整或錯誤的數據可能會導致業務決策錯誤。

資料完整性通常分為以下幾種類型：

1. 實體完整性（Entity Integrity）：確保每一條記錄都能被唯一識別，通常透過主鍵（Primary Key）來實現。
2. 參考完整性（Referential Integrity）：確保不同表格之間的關聯性正確，避免孤立的資料，通常透過外鍵（Foreign Key）來維護。
3. 域完整性（Domain Integrity）：限制特定欄位的值類型，確保數據符合預期格式，如數字欄位不能存儲文字。
4. 業務完整性（Business Integrity）：基於業務規則制定的數據約束，例如員工薪資不能低於最低工資標準。

如何確保關聯式資料庫的資料完整性？

使用主鍵（Primary Key）確保實體完整性

主鍵（Primary Key, PK）是表中的唯一標識，每一筆記錄都必須擁有獨一無二的主鍵，確保無重複資料。例如：

CREATE TABLE Users (
    UserID INT PRIMARY KEY,
    Name VARCHAR(50),
    Email VARCHAR(100) UNIQUE
);

這樣就確保了 UserID 在 Users 表中是唯一的，同時 Email 也不能重複。

使用外鍵（Foreign Key）確保參考完整性

外鍵（Foreign Key, FK）用於建立不同表格之間的關聯，並確保關聯關係的正確性。例如，一個訂單必須關聯到一個存在的客戶：

CREATE TABLE Orders (
    OrderID INT PRIMARY KEY,
    UserID INT,
    OrderDate DATE,
    FOREIGN KEY (UserID) REFERENCES Users(UserID) ON DELETE CASCADE
);

這樣可以確保 Orders 表中的 UserID 必須對應 Users 表中有效的 UserID，而且當 Users 中的用戶被刪除時，對應的訂單資料也會自動刪除（ON DELETE CASCADE）。

設定資料類型與約束條件確保域完整性

使用適當的資料類型和約束條件（Constraints）可以確保輸入的資料符合預期格式。例如：

CREATE TABLE Products (
    ProductID INT PRIMARY KEY,
    Name VARCHAR(100) NOT NULL,
    Price DECIMAL(10,2) CHECK (Price > 0),
    Stock INT DEFAULT 0 CHECK (Stock >= 0)
);

• NOT NULL：確保 Name 欄位不能為空。
• CHECK：確保 Price 必須大於 0，Stock 不能是負數。
• DEFAULT：當 Stock 沒有指定時，自動設為 0。

使用觸發器（Triggers）確保業務邏輯

有時候，SQL 本身的約束條件可能無法滿足所有的業務需求，因此可以使用觸發器（Trigger）來進一步保證資料完整性。

例如，確保顧客的信用額度不被超限：

CREATE TRIGGER CheckCreditLimit
BEFORE INSERT ON Orders
FOR EACH ROW
BEGIN
    DECLARE user_credit DECIMAL(10,2);
    SELECT CreditLimit INTO user_credit FROM Users WHERE UserID = NEW.UserID;
    IF (NEW.TotalAmount > user_credit) THEN
        SIGNAL SQLSTATE '45000' SET MESSAGE_TEXT = '信用額度不足';
    END IF;
END;

當新訂單的 TotalAmount 超過顧客的信用額度時，插入操作將被阻止。

使用事務（Transactions）確保一致性

在多步驟操作中，如果發生錯誤，事務（Transaction）可以回滾（Rollback），確保資料庫不會存入不完整的資料。例如：

START TRANSACTION;

INSERT INTO Orders (OrderID, UserID, OrderDate) VALUES (101, 1, '2025-02-25');
INSERT INTO OrderDetails (OrderDetailID, OrderID, ProductID, Quantity) VALUES (1, 101, 5, 2);

COMMIT; -- 若所有步驟成功，則提交更改
-- ROLLBACK; -- 若有錯誤，則回滾

定期備份與驗證

即使資料完整性機制運行良好，仍需定期備份資料庫，以防止意外刪除或系統故障導致的資料遺失。

BACKUP DATABASE mydatabase TO DISK = 'C:\backup\mydatabase.bak';

結語

關聯式資料庫提供了多種確保資料完整性的機制，包括主鍵、外鍵、約束條件、觸發器和事務處理等。

這些方法能夠有效防止錯誤資料進入系統，確保應用程式運行的穩定性和可靠性。

對於初學者來說，理解並掌握這些概念，將有助於建立更安全、可靠的資料庫系統。

希望這篇文章能幫助你更好地理解關聯式資料庫的資料完整性！如果有任何問題，歡迎討論！ 🚀