SQL键类型详解：超键到外键全解析

在 SQL 中，键（Key）是数据库设计的核心要素，用于确保数据完整性、建立表间关系和优化查询效率。以下从特性、作用、使用场景、创建方式及示例五个维度，详细解析常见的键类型：

一、超键（Super Key）

特性

• 由一个或多个列组成的集合，能唯一标识表中的一条记录。
• 允许包含冗余列（即删除部分列后，剩余部分仍可能是超键）。
• 一个表可以有多个超键，且超键之间可能存在包含关系。

作用

• 基础标识作用，是候选键、主键的 "前身"（候选键是最小超键）。

使用场景

• 主要用于数据库设计的理论分析阶段，实际建表时很少直接定义超键（更多使用其简化形式 ------ 候选键或主键）。

示例

假设有学生表 students，包含列 学号(id)、姓名(name)、身份证号(id_card)：

• (id) 是超键（可唯一标识学生）。
• (id, name) 是超键（id 已能唯一标识，name 是冗余列）。
• (id_card, name) 是超键（id_card 唯一，name 冗余）。

二、候选键（Candidate Key）

特性

• 是最小的超键（删除任何一个列后，就不再能唯一标识记录）。
• 不包含冗余列，值唯一且非 NULL（与主键要求一致）。
• 一个表可以有多个候选键（称为 "复合候选键" 时由多列组成）。

作用

• 作为主键的候选者，提供了表中记录的 "备用唯一标识"。
• 保证数据唯一性，是设计主键的基础。

使用场景

• 表中存在多个可唯一标识记录的列时（如 "学生表" 的学号和身份证号）。
• 为后续主键选择提供灵活的备选方案。

示例

学生表 students 中：

• 若 id 唯一且非空，则 id 是候选键。
• 若 id_card 唯一且非空，则 id_card 也是候选键。
• 此时 id 和 id_card 均为候选键，可从中选择一个作为主键。

三、主键（Primary Key, PK）

特性

• 从候选键中人为选定的唯一标识 ，一个表只能有一个主键。
• 主键列不允许为 NULL ，且值绝对唯一（无重复）。
• 通常自动创建索引（主键索引），可大幅提升查询效率。

作用

• 唯一标识表中的每条记录，避免数据重复。
• 作为表与表之间关联的 "锚点"（外键通常关联主键）。
• 通过主键索引加速查询（尤其是按主键过滤或排序时）。

使用场景

• 所有表都应定义主键（除非特殊情况，如日志表等无唯一标识的表）。
• 需唯一区分记录的场景（如用户表的user_id、订单表的order_id）。

创建方式

1. 建表时定义（最常用）：

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

2.复合主键（多列组合作为主键）：

-- 课程学生关联表（一个学生可选多门课，一门课有多个学生）
CREATE TABLE student_course (
  student_id INT,
  course_id INT,
  PRIMARY KEY (student_id, course_id)  -- 复合主键，确保(学生,课程)组合唯一
);

3.建表后添加主键（需确保列非空且唯一）：

CREATE TABLE products (
  product_id INT,
  product_name VARCHAR(100)
);
-- 后续添加主键
ALTER TABLE products 
ADD PRIMARY KEY (product_id);

四、外键（Foreign Key, FK）

特性

• 用于关联两个表的列（或列组合），其值需匹配另一个表的主键或唯一键。
• 所在表称为 "子表"，被关联的表称为 "父表"。
• 外键值可以为 NULL（表示该记录未关联父表数据），但非 NULL 时必须在父表中存在（除非设置级联操作）。

作用

• 建立表之间的参照完整性 （如 "订单表" 的user_id必须对应 "用户表" 中存在的user_id）。
• 定义表间关系（一对一、一对多、多对多），是关系型数据库的核心特性。

使用场景

• 存在关联关系的表（如 "订单表" 与 "用户表"、"学生表" 与 "班级表"）。
• 需限制子表数据必须依赖父表存在的场景（如不允许存在 "不存在的用户" 的订单）。

创建方式

1. 建表时定义外键：

-- 父表（班级表）
CREATE TABLE classes (
  class_id INT PRIMARY KEY,
  class_name VARCHAR(50) NOT NULL
);

-- 子表（学生表），外键关联班级表的class_id
CREATE TABLE students (
  student_id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(50) NOT NULL,
  class_id INT,  -- 外键列
  -- 定义外键：引用父表的主键
  FOREIGN KEY (class_id) REFERENCES classes(class_id)
    ON DELETE SET NULL  -- 父表记录删除时，子表外键设为NULL
    ON UPDATE CASCADE   -- 父表主键更新时，子表外键同步更新
);

• ON DELETE/ON UPDATE 是级联操作，可选值：RESTRICT（禁止删除 / 更新，默认）、CASCADE（级联删除 / 更新）、SET NULL（设为 NULL）等。

2.建表后添加外键：

ALTER TABLE students
ADD FOREIGN KEY (class_id) 
REFERENCES classes(class_id);

五、唯一键（Unique Key）

特性

• 保证列（或列组合）的值唯一 ，但与主键的区别：
  • 一个表可以有多个唯一键（主键只能有一个）。
  • 唯一键允许列值为NULL（但最多只能有一个 NULL，因 SQL 中 NULL≠NULL）。
• 会自动创建唯一索引，提升查询效率（类似主键索引）。

作用

• 约束非主键列的唯一性（如用户表的 "手机号""邮箱"）。
• 作为外键的关联目标（主键也可，但唯一键更灵活）。

使用场景

• 需要唯一但不作为主键的列（如 "用户表" 的phone，需唯一但主键用user_id）。
• 多列组合唯一的场景（如 "文章表" 的(title, author)组合不重复）。

创建方式

1. 建表时定义：

CREATE TABLE users (
  user_id INT PRIMARY KEY,
  email VARCHAR(100) UNIQUE,  -- 唯一键：邮箱不重复
  phone VARCHAR(20) UNIQUE,   -- 另一个唯一键：手机号不重复
  username VARCHAR(50)
);

2.复合唯一键（多列组合唯一）：

CREATE TABLE articles (
  article_id INT PRIMARY KEY,
  title VARCHAR(200),
  author_id INT,
  -- 标题+作者组合唯一（避免同一作者重复发同标题文章）
  UNIQUE KEY unique_title_author (title, author_id)
);

3.建表后添加唯一键：

ALTER TABLE users
ADD UNIQUE (email);  -- 为email添加唯一键

总结对比表

|-----|-----|---------|------|---------------|-------------------|
| 键类型 | 唯一性 | 允许 NULL | 数量限制 | 核心作用 | 典型场景 |
| 超键 | 是 | 允许 | 多个 | 理论上的唯一标识（含冗余） | 数据库设计分析阶段 |
| 候选键 | 是 | 不允许 | 多个 | 主键的候选（无冗余） | 提供唯一标识备选方案 |
| 主键 | 是 | 不允许 | 1 个 | 表的主标识，关联基础 | 所有表的唯一记录标识 |
| 外键 | 否 | 允许 | 多个 | 建立表间关联，保证参照完整 | 订单 - 用户、学生 - 班级关联 |
| 唯一键 | 是 | 允许 | 多个 | 约束非主键列的唯一性 | 邮箱、手机号等唯一但非主键列 |