SQL 主键（Primary Key）

好的！以下是对 SQL 主键（Primary Key） 的详细讲解，涵盖其核心概念、作用、实现方式及实际应用。

一、主键的定义

主键（Primary Key） 是数据库表中用于唯一标识每一行数据的一个或一组字段（列）。它的核心目标是确保数据的唯一性 和完整性。

二、主键的特性

唯一性
- 主键的值必须在表中唯一，不能重复。
- 如果主键由多个列组成（复合主键），则这些列的组合值必须唯一。
非空性（NOT NULL）
- 主键字段的值不能为 NULL，必须始终有值。
不可变性
- 主键的值一旦创建，应尽量避免修改，以维护数据关系的稳定性。
高效性
- 主键通常会被自动创建索引（如聚集索引），以提高查询速度。

三、主键的作用

唯一标识记录

确保表中每一行数据都有唯一的标识符，避免数据重复。
加速数据检索

主键自动创建索引，通过主键查询数据时速度更快。
维护数据完整性

作为外键（Foreign Key）的引用目标，确保表之间的关联关系正确。
优化数据存储

在部分数据库（如 MySQL InnoDB）中，主键决定了数据的物理存储顺序。

四、主键的实现方式

1. 单列主键

用一个单独的列作为主键，最常见的方式。

示例：

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CREATE TABLE users (
    user_id INT PRIMARY KEY,
    username VARCHAR(50) NOT NULL,
    email VARCHAR(100)
);

2. 复合主键（Composite Primary Key）

由多个列组合成主键，适用于单个列无法唯一标识数据的情况。

示例：

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CREATE TABLE order_items (
    order_id INT,
    product_id INT,
    quantity INT,
    PRIMARY KEY (order_id, product_id)
);

3. 自增主键（Auto Increment）

常用于生成唯一的主键值，适用于无业务含义的代理键（Surrogate Key）。

示例（MySQL）：

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CREATE TABLE employees (
    emp_id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    emp_name VARCHAR(50)
);

示例（SQL Server）：

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CREATE TABLE employees (
    emp_id INT IDENTITY(1,1) PRIMARY KEY,
    emp_name VARCHAR(50)
);

4. 自定义主键

使用有业务意义的字段作为主键（自然键），如身份证号、订单号等。需确保值的唯一性和稳定性。

五、主键与索引的关系

主键自动创建唯一索引（Unique Index）。
在大多数数据库中，主键默认是聚集索引（Clustered Index），即数据按主键顺序物理存储（如 MySQL InnoDB）。
可以手动指定为非聚集索引（如 SQL Server）。

六、主键约束（Primary Key Constraint）

主键约束是数据库强制执行的规则，确保主键的唯一性 和非空性。如果插入重复值或空值，数据库会抛出错误。

七、主键的选择策略

代理键 vs 自然键
- 代理键 ：无业务意义的自增ID（如 INT AUTO_INCREMENT），推荐大多数场景使用。
- 自然键：有业务意义的字段（如身份证号），需确保长期唯一性。
数据类型选择
- 推荐使用整数类型（INT, BIGINT）作为主键，因其查询和索引效率更高。
- 避免使用长字符串（如 VARCHAR(255)）作为主键。
复合主键的使用场景
- 当单个列无法唯一标识记录时使用（如订单项中的 order_id + product_id）。
- 注意：复合主键可能导致外键设计更复杂。

八、主键设计的最佳实践

始终定义主键

即使没有明显的主键字段，也应添加代理键（如 id 列）。
避免频繁更新主键

修改主键会影响关联的外键和索引效率。
主键命名规范

推荐使用 pk_表名 的格式命名主键约束，提高可读性。

示例：

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CREATE TABLE products (
    product_id INT,
    product_name VARCHAR(100),
    CONSTRAINT pk_products PRIMARY KEY (product_id)
);

性能优化
- 自增主键的插入效率通常更高（顺序写入）。
- 复合主键的查询需注意最左前缀原则（Leftmost Prefix Principle）。

九、常见问题解答

Q1：主键可以为空吗？

不能！ 主键字段必须定义为 NOT NULL。

Q2：主键和唯一索引（UNIQUE）的区别？

主键不允许 NULL，唯一索引允许一个 NULL（取决于数据库）。
一张表只能有一个主键，但可以有多个唯一索引。

Q3：如何删除主键？

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ALTER TABLE table_name DROP PRIMARY KEY;

Q4：主键是否必须自增？

不是！自增只是生成主键的一种方式，也可手动指定值（需确保唯一）。

十、实际应用示例

场景：用户表设计

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CREATE TABLE users (
    user_id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,  -- 自增主键
    username VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE,   -- 唯一约束
    email VARCHAR(100) NOT NULL
);

场景：订单与订单项关联

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-- 订单表
CREATE TABLE orders (
    order_id INT PRIMARY KEY,
    order_date DATE
);

-- 订单项表（复合主键）
CREATE TABLE order_items (
    order_id INT,
    product_id INT,
    quantity INT,
    PRIMARY KEY (order_id, product_id),
    FOREIGN KEY (order_id) REFERENCES orders(order_id)
);