数据完整性
数据完整性是指数据的准确性和可靠性，是数据库管理领域的核心概念之一。随着信息技术的不断进步，数据库作为存储和管理大规模数据的基础设施，在商业、科学和社会中的应用越来越广泛。在这种情况下，维护数据完整性已成为确保数据质量和可靠性的关键任务。
数据完整性的多个维度包括实体完整性、引用完整性、域完整性和用户定义完整性。实体完整性要求每个数据实体都有唯一的标识符，引用完整性确保关系的有效性。域完整性强调数据的标准化，而用户定义的完整性为数据库管理员提供了灵活性和可定制的工具。这些维度共同构建了一个健壮的数据库架构，为数据的一致性和正确性提供了坚实的基础。
通过采用各种手段，如主键和外键的定义、域约束的设置、触发器和规则的实现，数据库管理员可以准确地控制数据的完整性。用户定义的完整性提供了适应特定业务规则和需求的灵活性，而事务管理确保了多个操作的原子性和一致性。数据完整性不仅是数据库理论的一部分，也是数据库实践中不可或缺的基石，为确保数据质量和可信度提供了坚实的理论和实践基础。
主要分类
实体完整性：实体完整性是关系数据库中的一个关键约束，旨在确保每个关系中的元组是可区分的和唯一的。在关系数据库的设计中，实体完整性规则规定了主属性的行为，主属性是构成关系主键的属性或属性组。该规则在维护数据的完整性和一致性方面发挥着重要作用。具体来说，实体完整性规则规定，如果属性A是基本关系R的主要属性（即它构成主键的一部分），则A不能包含null值。这里的空值表示未知、不存在或无意义的值。例如，考虑学生关系（学号、姓名、性别、专业号、年龄）。如果学生编号是主要代码，则学生编号的主要属性不能为空。该规则的要点如下:第一，实体完整性基于基本关系，通常对应于现实世界中的实体集，例如，学生关系对应于学生的集合。其次，现实世界中的实体是可区分的，具有唯一标识，关系模型中的主代码承担了这种唯一标识的角色。第三，实体完整性规则的核心在于主属性的非空要求。如果主属性包含null值，则意味着存在未标识的实体，这与实体在现实世界中的唯一性相矛盾。一般来说，实体完整性规则通过要求主属性不允许包含空值来确保关系数据库中数据的独立性、可识别性和一致性，并为数据库系统的健壮性和可靠性提供基础支持。
参照完整性：数据完整性是数据库应用系统中至关重要的特性，旨在确保存储在数据库中的数据是有价值的和一致的，并且不会成为无意义的数据垃圾。维护数据的逻辑一致性是数据完整性的一个关键方面，这有助于防止数据错误，确保数据的准确性和有效性，并支持业务规则的实现。引用完整性是数据完整性的一种表现形式，尤其是在企业数据库中。例如，在财务方面，引用完整性可能表现在确保帐户匹配或帐户与账单匹配。这意味着数据库中的数据应该相互关联并符合业务规则，以确保数据库的一致性和可靠性。在关系数据库中，参照完整性通常通过主键（PK）、候选键（）和外键（FK）的概念来实现。主键用于唯一标识数据库表中的一行，而外键用于声明应用于相关数据的规则。声明性引用完整性通过定义不同表之间的关系以及主键和外键的约束来保护关联数据的完整性。
用户定义的完整性：用户定义完整性是关系数据库系统中一种重要的约束机制，用于满足特定应用的语义需求。除了实体完整性和引用完整性之外，用户定义的完整性约束还涵盖了一系列特殊条件，以确保数据的正确性和完整性。例如，在关系数据库中的学生关系中，如果特定应用程序要求学生没有姓名，则可以使用用户定义的完整性约束来规定学生姓名不能为空。同样，在处理学生成绩的属性时，用户还可以设置值范围的完整性约束，以确保学生成绩的合法性，例如将其定义在0到100之间。这种用户自定义的完整性约束机制旨在满足特定应用程序的语义规范，提高数据的准确性和完整性。在关系模型中，系统应提供相应的机制来支持这些用户定义的完整性条件，以简化处理过程，而无需应用程序承担完整性验证和维护的责任。这种约束机制是现代关系数据库系统的一个重要特征，它有助于确保数据库中的数据符合用户期望的语义规范。
基础约束
主键约束：主键约束是实体完整性的一部分，它确保关系数据库中的每个元组都具有唯一且非空的标识。在标准化关系数据库中，主键约束通常由以下规则实现:非空主键规则:如果键K是关系R的主键，则K的值不能为空。这意味着主键的每个属性都必须包含有效的非空值。
复合键非空规则:如果关系R的主键k是复合键，即由多个属性组成，那么组成复合键的每个属性都不能为空。这确保了复合主键的每个部分都是非空的，以保持实体的完整性。
主键的唯一性规则:如果键K是关系R的主键，则K的值在R中不能重复..这确保了关系中的每个元组都具有唯一的标识，并避免了重复数据的存在。
用于实现主键约束的实体完整性检查通常遵循以下步骤:
检查主键是否非空且唯一:检查关系R的主键k的值是否非空且唯一。如果主键的一个或多个属性值为空，或者存在重复的主键值，则拒绝插入或修改元组数据。
检查复合键是否非空且唯一:如果关系R的主键k是复合键，则检查复合键的每个属性是否非空且组成唯一。如果其中一个属性为空，或者复合键的组合不是唯一的，它将拒绝插入或修改元组数据。
通过实现这些规则，主键约束确保了关系数据库中的实体完整性，并确保每个元组都具有唯一且非空的标识符。这有助于维护数据库中的数据质量和一致性。
外键约束：外键约束是关系数据库中的引用完整性约束，用于确保关系的一致性和有效性。外键是一个关系中的属性，它包含另一个关系的主键值，用于建立关系之间的关系。以下是外键约束的基本规则和功能:
外键约束规则:取值规则:如果属性K是关系R的外键（引用关系S的主键K），那么K的值要么是空值，要么是关系S中已经存在的主键值..这确保了外键值在引用关系中有效。
复合键值规则:特别是，如果外键K是复合键，当K为空时，组成K的所有属性都为空。这确保了复合外键的每个部分都遵循值规则。
主属性的值规则:如果外键K是一个复合键，并且组成K的属性中有主属性，那么K的值不能为空。这是因为主属性不能为空，外键的值需要引用主属性的有效值。
外键约束的作用:删除规则:如果一个实体E被另一个实体F引用，外键约束可以禁止删除实体E，或者同时删除所有引用实体E的实体F。例如，在学生和学校的关系中，如果一所学校录取了学生，则不允许删除该学校，除非同时删除已录取到该学校的学生的所有信息。
插入规则:如果一个实体F引用另一个实体E，外键约束要求实体E必须存在于数据库中，然后才能插入实体F的数据。例如，如果学生表中的外键与学校表的主键相关联，则在插入学生信息之前，必须确保学校信息已经存在于学校表中。
外键约束有助于维护关系数据库中数据的一致性和完整性，防止无效的引用关系并确保数据的正确性和可靠性。通过指定外键的值规则，系统可以自动检查引用的有效性，从而减少数据不一致和错误的可能性。
用户定义的完整性约束：它是用户根据特定的数据库应用场景设置的特殊约束，体现了数据的特殊语义要求。例如，当学校招收学生时，它要求每个学生必须具有姓名和年龄信息，因此可以在学生关系中定义用户定义的完整性约束，要求Sname和Sage属性都不能为null。用户定义的完整性约束是针对特定业务需求的定制约束。与实体完整性和参照完整性不同，用户可以根据具体情况定义这些约束，以确保数据的正确性和符合业务规则。这种约束通常由数据库管理员或应用程序开发人员根据实际需要定义和实现，以确保存储在数据库中的数据符合特定的语义规范。
实施步骤
定义适当的数据模型：在数据库设计中，采用实体关系模型是保证数据完整性的关键步骤。该模型通过将实体、属性和唯一标识符明确定义为主键，并在实体之间建立关系和使用外键来确保关系的有效性。范式的应用有助于减少数据冗余，而适当的实体分类和关系强调有助于更好地组织和管理数据。这种设计方法为数据库提供了坚实的基础，保证了数据的一致性、准确性和可维护性，满足了应用需求。
数据完整性使用触发器：触发器是监视特定事件并在事件发生时执行预定义操作的数据库对象。它通常与数据修改操作（如插入、更新或删除）相关联，并执行与业务规则或需求相关的自定义逻辑。触发器允许在修改数据时应用额外的业务规则以确保数据的一致性和合法性，并且可以与特定条件相关联以提供更灵活的控制。
事务管理：事务管理器是数据库管理中确保数据完整性的关键工具。它负责事务的开始和结束，并与数据库系统提供的事务控制语句（如BEGIN TRANSACTION、COMMIT和ROLLBACK）结合使用。事务管理器确保事务中的所有操作都成功执行或回滚，从而确保数据库的一致性。发生错误时，事务管理器会执行回滚操作，以防止某些更改导致数据不一致。此外，事务管理器还确保多个并发事务之间的隔离，以便每个事务感知的数据是一致的。最后，它协调交易的提交，并确保一旦提交成功，即使系统失败，结果也是永久的。
定义存储过程和函数：存储过程是封装在数据库中的预编译SQL代码块，可由应用程序或其他数据库对象调用。它包含SQL语句，支持输入参数和结果返回，用于执行特定的数据库级业务逻辑。存储过程可以在事务内部或外部执行，这提高了代码的模块化和可维护性。预编译和数据库引擎优化提高了执行速度和整体性能。存储过程通过限制直接数据库访问并只允许通过封装的业务逻辑进行操作来增强数据安全性。
行业标准
金融行业：中华人民共和国于2018年发布了《银行业金融机构数据治理指引》。金融行业对数据完整性的要求是建立系统的数据治理体系，确保数据的统一管理和高效运行，充分发挥数据的价值。在此基础上，它强调了纳入监管数据的重要性和监管作用，以确保财务数据的完整性和可靠性。
医疗保健行业：1996年美国健康保险可移植性和责任法案（HIPAA）要求通过隐私和安全规则确保患者个人健康信息的数据库完整性。这包括采取措施防止未经授权的篡改、破坏或访问，以确保信息在使用和传输过程中得到适当保护和维护。。
教育：在教育领域，数据对数据库的要求主要体现在学校（机构）、人事、学生和教职工的基础数据上。数据库应该能够有效地对这些基础数据进行分类、管理和关联，以确保数据的完整性和准确性。