外键约束
从 v6.6.0 开始，TiDB 支持外键以及外键约束功能，外键允许跨表交叉引用相关数据，外键约束则可以保证相关数据的一致性。
外键是在子表中定义的，语法如下：
- ForeignKeyDef
- ReferenceOption
ForeignKeyDef
::= ( 'CONSTRAINT' Identifier )? 'FOREIGN' 'KEY'
Identifier? '(' ColumnName ( ',' ColumnName )* ')'
'REFERENCES' TableName '(' ColumnName ( ',' ColumnName )* ')'
( 'ON' 'DELETE' ReferenceOption )?
( 'ON' 'UPDATE' ReferenceOption )?
ReferenceOption
::= 'RESTRICT'
| 'CASCADE'
| 'SET' 'NULL'
| 'SET' 'DEFAULT'
| 'NO' 'ACTION'
命名
外键的命名遵循以下规则：
- 如果在
CONSTRAINT identifier语句中指定了名称，则使用该名称。 - 如果
CONSTRAINT identifier语句未指定名称，但在FOREIGN KEY identifier语句中指定了名称，则使用FOREIGN KEY identifier定义的名称。 - 如果
CONSTRAINT identifier和FOREIGN KEY identifier语句都没有指定名称，则会自动生成一个名称，例如fk_1、fk_2、fk_3等。 - 外键名称必须在当前表中唯一，否则创建时会报错
ERROR 1826: Duplicate foreign key constraint name 'fk'。
限制
创建外键时需要满足以下条件：
父表和子表都不能是临时表。
用户需要对父表有
REFERENCES权限。外键中的列和引用的父表中的列必须是相同的数据类型，并具有相同的大小、精度、长度、字符集 (charset) 和排序规则 (collation)。
外键中的列不能引用自身。
外键中的列和引用的父表中的列必须有相同的索引，并且索引中的列顺序必须与外键的列顺序一样，这样才能在执行外键约束检查时使用索引来避免全表扫描。
- 如果父表中没有对应的外键索引，则会报错
ERROR 1822: Failed to add the foreign key constraint. Missing index for constraint 'fk' in the referenced table 't'。 - 如果子表中没有对应的外键索引，则会自动创建一个索引，索引名和外键名一样。
- 如果父表中没有对应的外键索引，则会报错
不支持在
BLOB和TEXT类型的列上创建外键。不支持在分区表上创建外键。
不支持在虚拟生成列 (
VIRTUAL GENERATED COLUMNS) 上创建外键。
引用操作
当 UPDATE 或 DELETE 操作影响父表中的外键值时，其在子表中相匹配的外键值取决于外键定义中 ON UPDATE 和 ON DELETE 定义的引用操作，引用操作包括：
CASCADE：当UPDATE或DELETE父表中的行数据时，自动级联更新或删除子表中的匹配行数据。级联操作会用深度优先方式执行。SET NULL：当UPDATE或DELETE父表中的行数据时，自动将子表中匹配的外键列数据设置为NULL。RESTRICT：如果子表中存在外键匹配的行数据，则拒绝UPDATE或DELETE父表的操作。NO ACTION：行为和RESTRICT一样。SET DEFAULT：行为和RESTRICT一样。
如果父表中没有匹配的外键值，则拒绝 INSERT 或 UPDATE 子表的操作。
如果外键定义中没有指定 ON DELETE 或者 ON UPDATE，则默认的行为是 NO ACTION。
如果外键是定义在 STORED GENERATED COLUMN 上的，则不支持使用 CASCADE、SET NULL 和 SET DEFAULT 引用操作。
外键使用示例
下面的示例通过单列外键关联父表和子表：
CREATE TABLE parent (
id INT KEY
);
CREATE TABLE child (
id INT,
pid INT,
INDEX idx_pid (pid),
FOREIGN KEY (pid) REFERENCES parent(id) ON DELETE CASCADE
);
下面是一个更复杂的示例，其中 product_order 表有两个外键分别引用其他两个表。一个外键引用 product 表中的两列索引。另一个引用 customer 表中的单列索引：
CREATE TABLE product (
category INT NOT NULL,
id INT NOT NULL,
price DECIMAL(20,10),
PRIMARY KEY(category, id)
);
CREATE TABLE customer (
id INT KEY
);
CREATE TABLE product_order (
id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
product_category INT NOT NULL,
product_id INT NOT NULL,
customer_id INT NOT NULL,
PRIMARY KEY(id),
INDEX (product_category, product_id),
INDEX (customer_id),
FOREIGN KEY (product_category, product_id)
REFERENCES product(category, id)
ON UPDATE CASCADE ON DELETE RESTRICT,
FOREIGN KEY (customer_id)
REFERENCES customer(id)
);
新增外键约束
可以使用下面 ALTER TABLE 语句来新增一个外键约束：
ALTER TABLE table_name
ADD [CONSTRAINT [identifier]] FOREIGN KEY
[identifier] (col_name, ...)
REFERENCES tbl_name (col_name,...)
[ON DELETE reference_option]
[ON UPDATE reference_option]
外键可以是自引用的，即引用同一个表。使用 ALTER TABLE 向表添加外键约束时，请先在外键引用父表的列上创建索引。
删除外键约束
可以使用下面 ALTER TABLE 语句来删除一个外键约束：
ALTER TABLE table_name DROP FOREIGN KEY fk_identifier;
如果外键约束在创建时定义了名称，则可以引用该名称来删除外键约束。否则，只能引用自动生成的约束名称进行删除。你可以使用 SHOW CREATE TABLE 查看外键名称：
mysql> SHOW CREATE TABLE child\G
*************************** 1. row ***************************
Table: child
Create Table: CREATE TABLE `child` (
`id` int(11) DEFAULT NULL,
`pid` int(11) DEFAULT NULL,
KEY `idx_pid` (`pid`),
CONSTRAINT `fk_1` FOREIGN KEY (`pid`) REFERENCES `test`.`parent` (`id`) ON DELETE CASCADE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin
外键约束检查
TiDB 支持是否开启外键约束检查，由系统变量 foreign_key_checks 控制，其默认值是 ON，即开启外键约束检查，它有 GLOBAL 和 SESSION 两种作用域。在一般的操作中保持该变量开启可以保证外键引用关系的完整性。
关闭外键约束检查的作用如下：
- 当删除一个被外键引用的父表时，只有关闭外键约束检查时才能删除成功。
- 当给数据库导入数据时，创建表的顺序可能和外键依赖顺序不一样而导致创建表报错，只有关闭外键约束检查时才能创建表成功，另外，导入数据时关闭外键约束检查也能加快导数据的速度。
- 当给数据库导入数据时，先导入子表的数据会报错，只有关闭外键约束检查，才能确保顺利导入子表数据。
- 执行有关外键的
ALTER TABLE操作时，关闭外键约束检查才能执行成功。
当关闭关键约束检查时，不会执行外键约束检查以及引用操作，但以下场景除外：
- 如果执行
ALTER TABLE会导致外键定义不正确，则依然会执行报错。 - 删除外键所需的索引时，需要先删除外键，否则删除外键会执行报错。
- 创建外键时，如果不符合外键的条件或限制，则依然会执行报错。
锁
在 INSERT 或者 UPDATE 子表时，外键约束会检查父表中是否存在对应的外键值，并对父表中的该行数据上锁，避免该外键值被其他操作删除，导致破坏外键约束。这里的上锁行为等同于对父表中外键值所在行做 SELECT FOR UPDATE 操作。
因为 TiDB 目前暂不支持 LOCK IN SHARE MODE，所以，在并发写入子表场景，如果引用的外键值大部分都一样，可能会有比较严重的锁冲突。建议在大批量写入子表数据时，关闭 foreign_key_checks。
外键的定义和元信息
你可以使用 SHOW CREATE TABLE 语句查看外键的定义：
mysql> SHOW CREATE TABLE child\G
*************************** 1. row ***************************
Table: child
Create Table: CREATE TABLE `child` (
`id` int(11) DEFAULT NULL,
`pid` int(11) DEFAULT NULL,
KEY `idx_pid` (`pid`),
CONSTRAINT `fk_1` FOREIGN KEY (`pid`) REFERENCES `test`.`parent` (`id`) ON DELETE CASCADE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin
你可以使用以下任一系统表获取有关外键的信息：
INFORMATION_SCHEMA.KEY_COLUMN_USAGEINFORMATION_SCHEMA.TABLE_CONSTRAINTSINFORMATION_SCHEMA.REFERENTIAL_CONSTRAINTS
下面提供了查询示例：
从 INFORMATION_SCHEMA.KEY_COLUMN_USAGE 系统表中获取有关的外键信息：
mysql> SELECT TABLE_SCHEMA, TABLE_NAME, COLUMN_NAME, CONSTRAINT_NAME FROM INFORMATION_SCHEMA.KEY_COLUMN_USAGE WHERE REFERENCED_TABLE_SCHEMA IS NOT NULL;
+--------------+---------------+------------------+-----------------+
| TABLE_SCHEMA | TABLE_NAME | COLUMN_NAME | CONSTRAINT_NAME |
+--------------+---------------+------------------+-----------------+
| test | child | pid | fk_1 |
| test | product_order | product_category | fk_1 |
| test | product_order | product_id | fk_1 |
| test | product_order | customer_id | fk_2 |
+--------------+---------------+------------------+-----------------+
从 INFORMATION_SCHEMA.TABLE_CONSTRAINTS 系统表中获取有关的外键信息：
mysql> SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.TABLE_CONSTRAINTS WHERE CONSTRAINT_TYPE='FOREIGN KEY'\G
***************************[ 1. row ]***************************
CONSTRAINT_CATALOG | def
CONSTRAINT_SCHEMA | test
CONSTRAINT_NAME | fk_1
TABLE_SCHEMA | test
TABLE_NAME | child
CONSTRAINT_TYPE | FOREIGN KEY
从 INFORMATION_SCHEMA.REFERENTIAL_CONSTRAINTS 系统表中获取有关的外键信息：
mysql> SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.REFERENTIAL_CONSTRAINTS\G
***************************[ 1. row ]***************************
CONSTRAINT_CATALOG | def
CONSTRAINT_SCHEMA | test
CONSTRAINT_NAME | fk_1
UNIQUE_CONSTRAINT_CATALOG | def
UNIQUE_CONSTRAINT_SCHEMA | test
UNIQUE_CONSTRAINT_NAME | PRIMARY
MATCH_OPTION | NONE
UPDATE_RULE | NO ACTION
DELETE_RULE | CASCADE
TABLE_NAME | child
REFERENCED_TABLE_NAME | parent
查看带有外键的执行计划
你可以使用 EXPLAIN 语句查看执行计划。Foreign_Key_Check 算子是执行 DML 语句时，执行外键约束检查的算子。
mysql> explain insert into child values (1,1);
+-----------------------+---------+------+---------------+-------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+-----------------------+---------+------+---------------+-------------------------------+
| Insert_1 | N/A | root | | N/A |
| └─Foreign_Key_Check_3 | 0.00 | root | table:parent | foreign_key:fk_1, check_exist |
+-----------------------+---------+------+---------------+-------------------------------+
你可以使用 EXPLAIN ANALYZE 语句查看外键引用行为的执行。Foreign_Key_Cascade 算子是执行 DML 语句时，执行外键引用行为的算子。
mysql> explain analyze delete from parent where id = 1;
+----------------------------------+---------+---------+-----------+---------------------------------+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+---------------------------------------------+-----------+------+
| id | estRows | actRows | task | access object | execution info | operator info | memory | disk |
+----------------------------------+---------+---------+-----------+---------------------------------+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+---------------------------------------------+-----------+------+
| Delete_2 | N/A | 0 | root | | time:117.3µs, loops:1 | N/A | 380 Bytes | N/A |
| ├─Point_Get_1 | 1.00 | 1 | root | table:parent | time:63.6µs, loops:2, Get:{num_rpc:1, total_time:29.9µs} | handle:1 | N/A | N/A |
| └─Foreign_Key_Cascade_3 | 0.00 | 0 | root | table:child, index:idx_pid | total:1.28ms, foreign_keys:1 | foreign_key:fk_1, on_delete:CASCADE | N/A | N/A |
| └─Delete_7 | N/A | 0 | root | | time:904.8µs, loops:1 | N/A | 1.11 KB | N/A |
| └─IndexLookUp_11 | 10.00 | 1 | root | | time:869.5µs, loops:2, index_task: {total_time: 371.1µs, fetch_handle: 357.3µs, build: 1.25µs, wait: 12.5µs}, table_task: {total_time: 382.6µs, num: 1, concurrency: 5} | | 9.13 KB | N/A |
| ├─IndexRangeScan_9(Build) | 10.00 | 1 | cop[tikv] | table:child, index:idx_pid(pid) | time:351.2µs, loops:3, cop_task: {num: 1, max: 282.3µs, proc_keys: 0, rpc_num: 1, rpc_time: 263µs, copr_cache_hit_ratio: 0.00, distsql_concurrency: 15}, tikv_task:{time:220.2µs, loops:0} | range:[1,1], keep order:false, stats:pseudo | N/A | N/A |
| └─TableRowIDScan_10(Probe) | 10.00 | 1 | cop[tikv] | table:child | time:223.9µs, loops:2, cop_task: {num: 1, max: 168.8µs, proc_keys: 0, rpc_num: 1, rpc_time: 154.5µs, copr_cache_hit_ratio: 0.00, distsql_concurrency: 15}, tikv_task:{time:145.6µs, loops:0} | keep order:false, stats:pseudo | N/A | N/A |
+----------------------------------+---------+---------+-----------+---------------------------------+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+---------------------------------------------+-----------+------+
兼容性
TiDB 版本间兼容性
TiDB 在 v6.6.0 之前已经支持创建外键的语法，但创建的外键并不生效。如果将之前创建的 TiDB 集群升级到 v6.6.0 及之后的版本，之前创建的外键依然是不生效的，可以先删除不生效的外键后再创建外键使外键约束生效。只有在 v6.6.0 及之后版本中新创建的外键才生效。你可以使用 SHOW CREATE TABLE 语句查看外键是否生效，不生效的外键会有一条 /* FOREIGN KEY INVALID */ 注释。
mysql> SHOW CREATE TABLE child\G
***************************[ 1. row ]***************************
Table | child
Create Table | CREATE TABLE `child` (
`id` int(11) DEFAULT NULL,
`pid` int(11) DEFAULT NULL,
KEY `idx_pid` (`pid`),
CONSTRAINT `fk_1` FOREIGN KEY (`pid`) REFERENCES `test`.`parent` (`id`) ON DELETE CASCADE /* FOREIGN KEY INVALID */
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin
与 TiDB 工具的兼容性
- TiDB Binlog 不支持外键功能。
- DM 不兼容外键功能。DM 在同步数据到下游 TiDB 时，会显式关闭下游 TiDB 的
foreign_key_checks，所以由外键产生的级联操作不会从上游同步到下游，这会导致上下游数据不一致。 - TiCDC v6.6.0 兼容外键功能。旧版本的 TiCDC 在同步带外键的表时，可能会报错，建议使用 v6.6.0 之前版本 TiCDC 时先关闭下游 TiDB 集群的
foreign_key_checks。 - BR v6.6.0 兼容外键功能。之前版本的 BR 在恢复带外键的表到 v6.6.0 及之后版本的集群时，可能会报错，建议先关闭下游 TiDB 集群的
foreign_key_checks后再恢复集群。 - TiDB Lightning 导入数据到 TiDB 前，如果目标表使用了外键，建议先关闭 TiDB 集群的
foreign_key_checks。对于 v6.6.0 之前的版本，关闭该系统变量也不会生效，你需要为下游数据库用户添加REFERENCES权限，或者提前手动在下游数据库中创建好目标表，以确保顺利导入数据。 - Dumpling 兼容外键功能。
- sync-diff-inspector 在对比上下游数据时，如果上下游数据库的版本不一样，且下游 TiDB 中存在不生效的外键，则 sync-diff-inspector 可能会报上下游表结构不一致的错误。因为 TiDB v6.6.0 会对表结构中不生效的外键添加一条
/* FOREIGN KEY INVALID */注释。
与 MySQL 的兼容性
创建外键未指定名称时，TiDB 自动生成的外键名称和 MySQL 不一样。例如 TiDB 生成的外键名称为 fk_1、fk_2、fk_3 等，MySQL 生成的外键名称为 table_name_ibfk_1、 table_name_ibfk_2、table_name_ibfk_3 等。
MySQL 和 TiDB 均能解析但会忽略以内联 REFERENCES 的方式定义的外键。只有当 REFERENCES 作为 FOREIGN KEY 定义的一部分时，才会进行检查和执行。下面的示例在定义外键约束时只使用了 REFERENCES：
CREATE TABLE parent (
id INT KEY
);
CREATE TABLE child (
id INT,
pid INT REFERENCES parent(id)
);
SHOW CREATE TABLE child;
输出结果显示 child 表不包含任何外键：
+-------+-------------------------------------------------------------+
| Table | Create Table |
+-------+-------------------------------------------------------------+
| child | CREATE TABLE `child` ( |
| | `id` int(11) DEFAULT NULL, |
| | `pid` int(11) DEFAULT NULL |
| | ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin |
+-------+-------------------------------------------------------------+