我們在建立數(shù)據(jù)庫的時候，需要為每張表指定一個主鍵，所謂主鍵就是能夠唯一標識表中某一行的屬性或?qū)傩越M，一個表只能有一個主鍵，但可以有多個候選索引。因為主鍵可以唯一標識某一行記錄，所以可以確保執(zhí)行數(shù)據(jù)更新、刪除的時候不會出現(xiàn)張冠李戴的錯誤。當然，其它字段可以輔助我們在執(zhí)行這些操作時消除共享沖突，不過就不在這里討論了。主鍵除了上述作用外，常常與外鍵構成參照完整性約束，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致。所以數(shù)據(jù)庫在設計時，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：
- 自動增長字段
- 手動增長字段
- UniqueIdentifier
- “COMB（Combine）”類型
一、自動增長型字段
很多數(shù)據(jù)庫設計者喜歡使用自動增長型字段，因為它使用簡單。自動增長型字段允許我們在向數(shù)據(jù)庫添加數(shù)據(jù)時，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。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)分配的主鍵鍵值。
盡管自動增長型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，很難預先填寫主鍵與外鍵的值。假設有兩張表：
Order(OrderID, OrderDate)
OrderDetial(OrderID, LineNum, ProductID, Price)
Order表中的OrderID是自動增長型的字段?，F(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。因為Order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。最后更新OderDetail表。但是，為了確保數(shù)據(jù)的一致性，Order與OrderDetail在更新時必須在事務保護下同時進行，即確保兩表同時更行成功。顯然它們是相互矛盾的。
除此之外，當我們需要在多個數(shù)據(jù)庫間進行數(shù)據(jù)的復制時（SQL Server的數(shù)據(jù)分發(fā)、訂閱機制允許我們進行庫間的數(shù)據(jù)復制操作），自動增長型字段可能造成數(shù)據(jù)合并時的主鍵沖突。設想一個數(shù)據(jù)庫中的Order表向另一個庫中的Order表復制數(shù)據(jù)庫時，OrderID到底該不該自動增長呢？
ADO.NET允許我們在DataSet中將某一個字段設置為自動增長型字段，但千萬記住，這個自動增長字段僅僅是個占位符而已，當數(shù)據(jù)庫進行更新時，數(shù)據(jù)庫生成的值會自動取代ADO.NET分配的值。所以為了防止用戶產(chǎn)生誤解，建議大家將ADO.NET中的自動增長初始值以及增量都設置成-1。此外，在ADO.NET中，我們可以為兩張表建立DataRelation，這樣存在級聯(lián)關系的兩張表更新時，一張表更新后另外一張表對應鍵的值也會自動發(fā)生變化，這會大大減少了我們對存在級聯(lián)關系的兩表間更新時自動增長型字段帶來的麻煩。
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，通常情況下需要建立一張單獨的表存儲當前主鍵鍵值。還用上面的例子來說，這次我們新建一張表叫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。若將OrderID字段設置為手動增長型字段，我們的程序可以由以下幾步來實現(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，最后在事務保護下對兩表進行更新。
使用手動增長型字段作為主鍵在進行數(shù)據(jù)庫間數(shù)據(jù)復制時，可以確保數(shù)據(jù)合并過程中不會出現(xiàn)鍵值沖突，只要我們?yōu)椴煌臄?shù)據(jù)庫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)絡的RoundTrip，我們必須通過增加一次數(shù)據(jù)庫訪問來獲取當前主鍵鍵值，這會增加網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫的負載，當處于一個低速或斷開的網(wǎng)絡環(huán)境中時，這種做法會有很大的弊端。同時，手工維護主鍵還要考慮并發(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)重復的概率非常小，以至于可以認為是0。我們經(jīng)常從注冊表中看到類似
{45F0EB02-0727-4F2E-AAB5-E8AEDEE0CEC5}
的東西實際上就是一個UniqueIdentifier，Windows用它來做COM組件以及接口的標識，防止出現(xiàn)重復。在.NET里管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。
UniqueIdentifier字段也存在嚴重的缺陷：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。更為嚴重的是，UniqueIdentifier的生成毫無規(guī)律可言，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）是一個非常耗時的操作。有人做過實驗，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，所以，出于效率考慮，盡可能避免使用UniqueIdentifier型數(shù)據(jù)庫作為主鍵鍵值。
四、使用“COMB（Combine）”類型
既然上面三種主鍵類型選取策略都存在各自的缺點，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”一文中設計出來的），可以在三者之間找到一個很好的平衡點。
COMB數(shù)據(jù)類型的基本設計思路是這樣的：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生成的時間（DateTime），這樣我們將時間信息與UniqueIdentifier組合起來，在保留UniqueIdentifier的唯一性的同時增加了有序性，以此來提高索引效率。也許有人會擔心UniqueIdentifier減少到10字節(jié)會造成數(shù)據(jù)出現(xiàn)重復，其實不用擔心，后6字節(jié)的時間精度可以達到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。關于測試數(shù)據(jù)可以參考我2004年7月21日的隨筆。
除了使用存儲過程實現(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：
//================================================================
/**////<summary>
/// 返回 GUID 用于數(shù)據(jù)庫操作，特定的時間代碼可以提高檢索效率
/// </summary>
/// <returns>COMB (GUID 與時間混合型) 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 中生成時間信息
/// </summary>
/// <param name="guid">包含時間信息的 COMB </param>
/// <returns>時間</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;
}
結語
數(shù)據(jù)庫主鍵在數(shù)據(jù)庫中占有重要地位。主鍵的選取策略決定了系統(tǒng)是否高效、易用。本文比較了四種主鍵選取策略的優(yōu)缺點，并提供了相應的代碼解決方案，希望對大家有所幫助。
