Relationale Datenbanken und SQL in Theorie und Praxis

312 Pages·2012·4.066 MB·German

by  Michael Unterstein, Günter Matthiessen (auth.)

eXXamen.press
eXamen.press isteineReihe, dieTheorieund
Praxis aus allen Bereichen derInformatikfür
dieHochschulausbildungvermittelt.
⋅
Michael Unterstein Günter Matthiessen
Relationale Datenbanken
und SQL in Theorie
und Praxis
5. Auflage
Prof.Dr.MichaelUnterstein Prof.Dr.GünterMatthiessen
Bremen,Deutschland Bremerhaven,Deutschland
ISSN1614-5216
ISBN978-3-642-28985-9 ISBN978-3-642-28986-6(eBook)
DOI10.1007/978-3-642-28986-6
DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;de-
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cherungundVerarbeitunginelektronischenSystemen.
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rechtigtauchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinneder
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Vorwort
Bunt, grafisch undvielfältig präsentiert sich die Datenverarbeitung dem Laien wie dem
Experten.EinpaarMausklicks,undschonhatmanseineProblemegelöst–komplizierte
DatenreihenwerdenalsSäulendiagrammodermehrdimensionaldargestellt,Verteilungs-
problemesindalsTortendiagrammveranschaulicht.WerInformationenbenötigt,„browst“
durchsInternetundholtsichdieMultimedia-ShowaufdenArbeitsplatz.
AlldieseBeispielestehenfüreinenintuitivenZugriff aufInformationenallerArt.Dass
dieseverfügbarsindundsichnachverschiedenstenGesichtspunktenauswertenunddar-
stellenlassen,mussallerdingsersteinmalgewährleistetwerden.DafürgibtesDatenban-
ken.Richtig eingesetzt,eröffnensiealleMöglichkeiten derInformationsverarbeitung.In
unverstandener,unvollkommenerWeisegenutzt,verkommensiezumDatenfriedhof,aus
demsichnachdemZufallsprinziptauglicheoderunbrauchbareInformationenziehenlas-
sen.
Dieses Buch erklärtDatenbanken ausderSicht desAnwendungsentwicklers unddes
Benutzers.EserläutertgrundlegendeKonzeptederDatenbanktechnologieundihreUm-
setzungbeiderEntwicklungundAnwendungvonpraxistauglichenInformationssystemen.
ImMittelpunktstehendabeidierelationalenDatenbanken.Systeme,dieaufdemrelationa-
lenDatenmodellbasieren,habeneinenhohenReifegraderlangt,deresgestattet,verlässli-
cheInformationssystemebeliebigerGrößenordnungenzuerstellenundzuerhalten.Daher
sindrelationaleDatenbankennachwievorStandderTechnikfürdietransaktionsorientier-
teDatenverarbeitung.AndereDatenmodelle–Stichwort„NoSQL“werdenentwickeltund
erprobt,woesdarumgeht,großeMengenunstrukturierterodernurteilweisestrukturierter
Datenschnellzuspeichernundwiederzufinden,wobeiderKonsistenzundTransaktions-
sicherheitwenigerWichtigkeitbeigemessenwird.
Das Relationenmodell enthält Regeln für die Abbildung von interessierenden Aus-
schnittenderRealitätineinerDatenbankundbeschreibtMöglichkeitenderVerarbeitung
solcherAbbilderzumZweckderInformationsgewinnung.ErstdieKenntnisdiesertheore-
tischenGrundlagenversetztdenEntwickler–zumTeilaberauchdenAnwender–indie
Lage, aussagefähigeundstabile Datenbanken zu schaffen oder auszuwerten. Dabei geht
es ummehralsdasAblegen undWiederfindenvonDaten.Ebensosollten die zwischen
verschiedenenDatenexistierendenlogischenZusammenhängeinderDatenbankihrAb-
V
VI Vorwort
bildfinden.Nurdannkannlangfristiggewährleistetwerden,dassdiegesammeltenDaten
„konsistent“–alsowiderspruchsfreiundaussagefähig–bleiben.
DieAutorenhabensichdasZielgesetzt,denLeserndasfürdieGestaltungvonInfor-
mationssystemenunddenUmgangmitDatenbankenerforderlicheWissenzuvermitteln.
WirlegendabeigleichermaßenWertauftheoretischeExaktheitwieaufAnschaulichkeit
undVerständlichkeit.EinedurchgängigverwendeteFallstudieliefertdasAnschauungsma-
terial.ZahlreicheÜbungsaufgabengebendemLeserGelegenheit,dasangeeigneteWissen
zufestigenunddenGraddeserworbenenVerständnissesselbstzuüberprüfen.
DiesesBuchistsowohlzumSelbststudiumwieauchalsBegleitscriptfürSeminareund
LehrveranstaltungeninBetriebenundHochschulengeeignet.Esrichtetsichvoralleman
• StudierendeanFachhochschulenundUniversitätenmitStudienschwerpunktenimBe-
reichInformatikoderWirtschaftsinformatik,
• EntwicklervonDatenbankenfürbetrieblicheAnwendungen,darunterSystemanalytiker
undAnwendungsprogrammierer,
• VerantwortlichederbetrieblichenDatenverarbeitung,darunterDatenbankadministra-
toren,
• EDV-Organisatoren,dieEndanwenderbeimZugriffaufzentraleDatenberatenundbe-
treuen,sowie
• Nutzer vonexistierenden Datenbanken, dieüberflexibel einsetzbare Arbeitsplatzsoft-
wareaufeineDatenbankzugreifen.
WirsetzenmitdiesemBuchunsereeigeneTraditionundunserseit1997gemeinsam
vertretenesKonzeptfort,indemwirdieInhalte,diewirbisherunterdemTitelRelationale
DatenbankenundStandard-SQLvertretenhaben,neuaufbereitet publizieren.Dabeiha-
benwiruns–auchmitRücksichtaufeinenniedrigerenVerkaufspreis–entschlossen,das
sehr umfangreiche Material auf zwei Werke aufzuteilen. Der vorliegende Band versteht
sichalsEinführungundenthältinetwadenStoff,deneinevierstündigeVeranstaltungDa-
tenbankenineinemBachelorstudiengangInformatik/Wirtschaftsinformatikabdeckt.Der
zweiteBand,denwirunterdemTitel„AnwendungsentwicklungmitDatenbanken“publi-
zieren,widmetsichspeziellerenProblemewiebeispielsweisederKonsistenzsicherungmit
verschiedenenMethoden,unteranderemprozeduralenElementenderSpracheSQL.
Einiges Begleitmaterial, daspraktische Übungen mit einem Datenbanksystem unter-
stützt, unter anderem die Fallstudie, die in beiden Bände durchgängig verwendet wird,
habenwiraufdemVerlagsserverzumHerunterladenbereitgestellt.Wirermunternunsere
LeserinnenundLeserausdrücklich,dieangeboteneTheorieanhanddervorgeschlagenen
Übungen zu vertiefen und wünschen viel Erfolg und Freude bei der Arbeit mit diesem
Buch.
Inhaltsverzeichnis
1 UltrakurzeinführunginSQL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Voraussetzungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 AnlegeneinerTabelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3 EinfügenvonDaten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 Datenanzeigenlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.5 WeitereTupelerfassenundanzeigenlassen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.6 ÄndernvonDaten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.7 Datenlöschen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.8 DoppelteDatensätzeverhindern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.9 TabelleausderDatenbankentfernen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.10 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 DatenbankenundDatenbanksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 ZentralisierungderDatenhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 DieDatenbankarchitekturnachANSI-SPARC. . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1 ANSI/X3/SPARC/SGDBMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.2 KonzeptionellesSchema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.3 InternesSchema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.4 ExternesSchema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.5 Datenunabhängigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Integritätsregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.1 Beispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 ArchitekturvonDatenbanksystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3 EinführungindasrelationaleDatenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1 AufbaurelationalerDatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1.1 Attribute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1.2 Domänen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.3 Tupel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.4 RelationenschemaundRelationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1.5 DatenbankschemaundDatenbank . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
3.2 Schlüssel,PrimärschlüsselundFremdschlüssel . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.1 PrimärschlüsselundEntitätsintegrität . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.2 FremdschlüsselundreferenzielleIntegrität . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.3 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3 EinführungindieFallstudie(Versandhandel) . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4 DatendefinitioninSQL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.1 SQLundSQL-Standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.1.1 EinkleinerÜberblicküberdieHistorievonSQL . . . . . . . . . 35
4.1.2 SyntaxvonSQL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.1.3 ElementevonSQL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2 Schemadefinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3 DomänenundDatentypeninSQL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.3.1 DomäneninSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.3.2 DatentypeninSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.3 OperationenmitDatentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.3.4 RepräsentationderDatentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.4 DDL:DatendefinitionmitSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.4.1 CREATETABLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.4.2 IDENTITY-Spezifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.4.3 GENERATION-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.4.4 EntfernungvonDatenbankobjekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.5 IndexeinrelationalenDatenbanken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.5.1 CREATEINDEX. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.5.2 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5 RelationenalgebramiteinerRelation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.1 Relationenalgebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.1.1 DieAuswahl(Selektion). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.1.2 DieProjektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.1.3 UmbenennungvonAttribut-Bezeichnern . . . . . . . . . . . . . . 77
5.1.4 AdjunktionvirtuellerSpalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.1.5 GruppierungvonDaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.1.6 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.2 NullmarkeninDatenbanken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.2.1 DieBehandlungvonfehlendenAttributwerten . . . . . . . . . . 84
5.2.2 VerschiedeneArtenvonNullmarken . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.2.3 DreiwertigeLogik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.2.4 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6 SQLmiteinerRelation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.1 SQListnichtprozedural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Inhaltsverzeichnis IX
6.2 HinweisezumÜben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.3 Datenmanipulationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.3.1 INSERT-Anweisung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.3.2 EffektederIntegritätsbedingungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.3.3 Datenansehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.3.4 Datenändern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.3.5 Datenlöschen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.4 Transaktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.4.1 DieACID-EigenschaftenvonTransaktionen . . . . . . . . . . . . 99
6.4.2 SteuerungvonTransaktioneninSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.5 SELECT-AnweisungmiteinerTabelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.5.1 SELECT-AnweisungundAbfrage-Anweisung . . . . . . . . . . . 102
6.5.2 SELECT-AnweisungmitProjektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.5.3 SortierenderErgebnistabelle(ORDERBY). . . . . . . . . . . . . 104
6.5.4 SELECTmitProjektionundSelektion . . . . . . . . . . . . . . . . 106
6.5.5 SELECTmitBETWEEN,IN,LIKE,SIMILAR. . . . . . . . . . . 114
6.5.6 SELECTmitvirtuellenSpalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.6 SQL-Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6.6.1 AllgemeineFunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.6.2 NumerischeFunktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.6.3 String-Funktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6.6.4 BehandlungvonDatumswerten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.7 SELECTmitGruppenbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.7.1 COUNT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.7.2 WeitereAggregatfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.7.3 EinschränkungenderProjektionbeiAnwendung
vonAggregatfunktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.7.4 GROUPBYKlausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.7.5 RegelfürdieProjektionbeiGruppenbildung. . . . . . . . . . . . 139
6.7.6 NullmarkenindenGruppierungsspalten . . . . . . . . . . . . . . 139
6.7.7 SELECTmitGROUPBYundHAVING . . . . . . . . . . . . . . . 140
6.8 ReihenfolgederKomponentenderSELECT-Anweisung . . . . . . . . . . 142
7 RelationenalgebramitmehrerenRelationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
7.1 VerknüpfungvonRelationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
7.1.1 DerVerbund(Join) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
7.1.2 DasKreuzprodukt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
7.1.3 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.1.4 DeräußereVerbund(OuterJoin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
X Inhaltsverzeichnis
7.1.5 Mengenoperationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
7.1.6 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
7.2 TabellenundRelationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
7.2.1 MultimengenundTabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
7.2.2 DerDistinct-Operator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
7.2.3 DieAuswahl(Selektion). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.2.4 DieProjektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.2.5 UmbenennungvonAttribut-Bezeichnern . . . . . . . . . . . . . . 159
7.2.6 AdjunktionvirtuellerSpalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.2.7 GruppierungvonDaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.2.8 DernatürlicheVerbundundderäußereVerbund. . . . . . . . . 160
7.2.9 DasKreuzprodukt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
7.2.10 Multimengen-Operationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
7.2.11 AnwendungderTabellenoperationenaufRelationen . . . . . . 161
7.2.12 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
8 DatenabfragemitmehrerenRelationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.1 TabellenundTabellenalias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
8.2 VerschiedeneArtendesVerbunds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
8.2.1 DerinnereVerbund. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
8.2.2 VerbundeinerTabellemitsichselbst . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
8.2.3 DeräußereVerbund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
8.3 Unterabfragen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
8.3.1 Unterabfragen,dieeinenWertliefern. . . . . . . . . . . . . . . . . 173
8.3.2 Unterabfragen,diealsErgebniseineMengeliefern. . . . . . . . 177
8.3.3 UnterabfragenmitEXISTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
8.3.4 UnterabfragendieeineTabelleliefern. . . . . . . . . . . . . . . . . 184
8.4 Mengenoperationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
8.4.1 UNION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8.5 DatenänderungenmitmehrerenTabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8.5.1 DatenübertragungmitINSERT-Anweisung. . . . . . . . . . . . . 191
8.5.2 DIEMERGE-Anweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
9 DatensichteninSQL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
9.1 VirtuelleDatensicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
9.1.1 CREATEVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
9.1.2 NutzenvonvirtuellenDatensichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
9.1.3 VerhaltenvonDatensichtenbeiAbfragen . . . . . . . . . . . . . . 198
9.1.4 DatensichtenmitvirtuellenSpalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
9.1.5 DatenmanipulationenanvirtuellenDatensichten. . . . . . . . . 200
9.1.6 ÄnderbarkeitvonDatenüberDatensichten. . . . . . . . . . . . . 202