Datenbank-Engineering: Analyse, Entwurf und Implementierung objektrelationaler Datenbanken — Mit UML, DB2-SQL und Java

617 Pages·2004·20.3 MB·German

by  Alfred Moos (auth.)

Alfred Moos
Datenbank-Engineering
Grundkurs Software-Entwicklung Objektorientierte
mit C++ Programmierung in JAVA
von Dietrich May von Otto Rauh
Grundkurs Datenbankentwurf Anwendungsorientierte
von Helmut jarosch Wirtschaftsinformatik
Web-Programmierung von Paul Alpar, Heinz Lothar Grob, Peter
von Oral Avcl, Ralph Trittmann und Werner Mellis Weimann und Robert Winter
OhneCzuC++ Rechnerarchitektur
von Peter P. Bothner und Michael Kahler von Paul Herrmann
Grundkurs JAVA Grundkurs Relationale Datenbanken
von Dietmar Abts von Rene Steiner
Aufbaukurs Wirtschaftsinformatik Grundkurs UNIX/Linux
von Dietmar Abts und Wilhelm MOlder von Wilhelm Schaffrath
Kompaktkurs Mikrocontroller Grundkurs MySOL und PHP
von Silvia Limbach von Martin Pollakowski
Von Pascal zu Assembler Pascal
von Peter Kammerer von Doug Cooper und Michael Clancy
Das PC Wissen fur IT-Berufe: Aufbaukurs JAVA
Hardware, Betriebssysteme, Netzwerktechnik von Dietmar Abts
von Rainer Egewardt Grundkurs Informatik
Grundkurs Verteilte Systeme von Hartmut Ernst
von Gunther Bengel Kostentrigerrechnung mit SAP R/3®
Online-Publishing fur Studenten und von Franz Klenger und Ellen Falk-Kalms
Wissenschaftler Netze - Protokolle - Spezifikationen
von Michael BeiBwenger von Alfred Olbrich
SOL mit Oracle Grundlegende Algorithmen
von Wolf-Michael Kahler von Volker Heun
Module, Klassen, Vertrige Softwaretechnik mit Ada 95
von Karlheinz Hug von Manfred Nagl
Grundkurs Betriebswirtschaftslehre Visual Basic fur technische
von Notger Carl, Rudolf Fiedler, William j6rasz Anwendungen
und Manfred Kiesel von jurgen Radel
Relationales und objektrelationales SOL Controlling mit SAP R/3®
von Wolf-Michael Kahler von Gunther Friedl, Christian Hilz
Lern-und Arbeitsbuch SAP R/3® und Burkhard Pedell
von Andre Maassen und Markus Schoenen Grundkurs
Kostenstellenrechnung mit SAP R/3® Geschiftsprozess - Management
von Franz Klenger und Ellen Falk-Kalms von Andreas Gadatsch
Grundkurs Algorithmen und Grundkurs IT-Controlling
Datenstrukturen in JAVA von Andreas Gadatsch und Elmar Mayer
von Andreas Solymosi und Ulrich Grude Grundkurs Socketprogrammierung
Grundkurs Wirtschaftsinformatik mit C unter Linux
von Dietmar Abts und Wilhelm Mulder von Martin Pollakowski
Prozessmodellierung mit ARIS ® Datenbank-Engineering
von Heinrich Seidl meier von Alfred Moos
Alfred Moos
Datenbank-Engineering
Analyse, Entwurf und Implementierung
objektrelationaler Datenbanken -
Mit UML, DB2-SQL und Java
3., uberarbeitete und erweiterte Auflage
~
vleweg
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Hochste inhaltliche und technische Qualitat unserer Produkte ist unser Ziel. Bei der Produktion und
Auslieferung unserer Bucher wollen wir die Umwelt schon en: Dieses Buch ist auf saurefreiem und
chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Die EinschweiBfolie besteht aus Polyathylen und damit aus
organischen Grundstoffen, die weder bei der Herstellung noch bei der Verbrennung Schadstoffe
freisetzen.
1. Auflage 1991
Die erste Auflage erschien unter dem Titel "SQL-Datenbanken".
2. Auflage 1997
3., uberarbeitete und erweiterte Auflage Februar 2004
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© Friedr. Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2004
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Gedruckt auf saurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
ISBN-13: 978-3-528-25183-3 e-ISBN-13: 978-3-322-80335-1
DOl: 10.10071978-3-322-80335-1
Vorwort
Der Entwurf eines untemehmensweiten Datenmodells, dessen
Umsetzung in ein objektreiationales Datenbankmodell und die
anschlieBende Implementierung in einer objektrelationalen Da
tenbank mit der Datenbanksprache SQL sind heute und in ab
sehbarer Zukunft zentrale Aufgaben in der betrieblichen Daten
verarbeitung und der praktischen Wirtschaftsinformatik.
Dabei ist der Entwurf von Datenbanken immer wieder ein an
spruchsvolles Problem fur den Datenbankentwickler. Mit dem
derzeitigen Wissensstand tiber Strategien, Methoden und Spra
chen der Datenmodellierung lassen sich diese Aufgaben syste
matisch Ibsen. Erforderlich hierzu ist eine methodische und ar
chitekturgetriebene Vorgehensweise. Ihre Darstellung und Ver
mittlung ist zentrales Anliegen dieses Buches.
Die Implementierung eines objektrelationalen Datenbankmodells
mit den Sprachmitteln der aktuellen SQL-Norm SQL99 bzw.
SQL3, und hier insbesondere mit deren Implementierung in
DB2® von IBM®, ist der zweite Schwerpunkt des Buches.
Zentrales Anliegen des Buches ist es, dem Leser die derzeit aktu
ellen und erprobten Methoden, Strategien und Verfahren der Da
tenbankmodellierung und der Modellbeschreibung in praziser
aber dennoch leicht verstandlicher Art zu vermitteln. Es werden
hierbei die einzelnen Methoden, wie das ERM und Relationen
modell, erklart. Die Modellierungsergebnisse werden mit der
Modellierungssprache Unified Modeling Language (UML) doku
mentiert.
An zwei einfachen, leicht verstandlichen und durchgangigen
Beispieien wird der Entwicklungsprozess einer Datenbank von
der Idee bis zur lauffahigen Implementierung in DB2® darge
stellt. Die Beispiele sind den Anwendungsgebieten der Rech
nungsschreibung und der Srucklistenorganisation entnommen.
Mit der systematischen Ftihrung des Lesers durch die Methoden
wird ihm der Weg aufgezeigt, der zu einer qualitativ hochwerti
gen Datenbankorganisation und effektiven Datenbankauswer
tung fuhrt. Am Ende eines jeden Kapiteis werden mehrere Auf
gaben angeboten. Es wird empfohlen, die Aufgaben zusammen
mit DB2® zu Ibsen. Hierzu kann eine Probierlizenz von DB2®
aus dem WWW von den Seiten der Firma IBM heruntergeladen
v
werden. Musterl6sungen k6nnen auf der Homepage
www.Alfred-Moos.de eingesehen werden.
Das Buch ist deshalb sowohl fur Praktiker und Studenten als
auch fur den Computerprofi eine wertvolle Hilfe, mit der sie den
aktuellen Wissensstand tiber objektrelationale Datenbanken
leicht, schnell und effektiv erlemen k6nnen. Es ist sowohl fur
den Einsatz im Unterricht, in Datenbankkursen als auch fur das
Selbststudium sowie als Ratgeber fur die Datenbankpraxis geeig
net.
Die Vennittlung der Buchinhalte ist yom Verfasser mehrfach in
verschiedenen Lehrveranstaltungen an der Fachhochschule Hei
delberg auf unterschiedlichen Ausbildungsebenen und verschie
denen Studienrichtungen erprobt worden. Hierbei hat das Buch
durch seine leichte Verstandlichkeit, seinen vielen Beispielen
und seinem groBen Sachumfang seinen hohen Nutzwert sowohl
bei der Datenbankausbildung von Informatikem als auch Be
triebswirten bewiesen.
Die in DB2-SQL® der Finna IBM® geschriebenen Programme
sind allesamt erprobt und funktionstiichtig. Sie decken einen
graBen Teil der Implementierung von SQL99 im aktuellen DB2-
SQL® abo Besonders die neuen und machtigen objektrelationalen
Sprachkonzepte von DB2-SQL® sind zentrale Themen des Bu
ches. Hierbei handelt es sich speziell urn die Integritatseinrich
tungen, temporaren Tabellen, OLAP-Funktionen, benutzerdefi
nierten Funktionen, Datenbanktriggem, rekursive und struktu
rierte Datentypen.
Die programmiersprachliche Anbindung der objektrelationalen
Datenbank DB2® wird mit JDBC® und Java® demonstriert.
Das Buch ist als Ergebnis der dreiBigjahrigen intensiven Beschaf
tigung mit der Datenmodellierung, dem Softwareengineering und
der Datenbanktechnik entstanden. Besonders die unzahligen
Diskussionen mit Studenten an der Fachhochschule Heidelberg
und die didaktischen Dberlegungen zu einer leicht verstandli
chen und schnell erfassbaren Vermittlung der heutigen praxisre
levanten Datenbanktechniken haben das Aussehen des Buches
gepragt. In diesem Zusammenhang m6chte ich besonders mei
nem Kollegen, Herrn Dipl.-Math. Gerhard Daues danken, mit
dem ich die Vorgangerversion zu dieser v611ig tiberarbeiteten
und wesentlich erweiterten Auflage verfasst habe.
Hemsbach, im Februar 2004 Alfred Moos
VI
Leitfaden zum Lesen des Buches
Das Buch spiegelt in seiner Struktur die drei Phasen der Soft
wareentwicklung wider:
• Analyse
• Entwurf
• Implementierung
In der Analysephase wird das Entitats-Beziehungs-Modell ent
worfen (ERM). Wie ein ERM entwickelt wird, lernen Sie im ersten
Kapitel.
In der Entwurfsphase wird aus dem ERM das Datenbankmodell
abgeleitet. Das Buch beschaftigt sich ausschlielSlich mit dem ob
jektrelationalen Datenbankmodell (ORDBM). 1m Kapitel zwei
und drei lernen Sie, wie ein anwendungsorientiertes und objekt
relationales Datenbankmodell aus dem ERM abgeleitet werden
kann. 1m Kapitel dreizehn wird der Fokus verstarkt auf die ob-
jektorientierte Seite des ORDBM ge!enkt.
o
In der Implementierungsphase wird das ORDBM in einer daten
bankspezifischen Sprache formuliert und im Computer hinterlegt.
In diesem Buch lernen Sie die Datenbanksprache DB2-SQL im
Dialekt der Firma IBM kennen. Hierzu arbeiten Sie bitte die Ka
pitel vier bis dreizehn durch.
Wie man aus einem Java-Programm heraus tiber die Anwen
dungsprogrammierschnittstelle Java Database Connectivity
(JDBC) einfach auf Daten in der DB2-Datenbank zugreift, lernen
Sie im Kapitel vierzehn.
Ich wtinsche Ihnen vie! Freude bei der Lekttire des Buches.
VII
Inhaltsverzeichnis
1.
GrundIagen der Datenmodellierung ..................................................... 1
1.1 Daten tiber die Realwelt und Miniwelt.. ..................................................... 1
1.2 Modell der Miniwelt ..................................................................................... 3
1.3 Anwendungsfalldiagramm ........................................................................... 8
1.4 Entitats-Beziehungs-Modell ......................................................................... 9
1.5 Konstruktionselemente fur die Elementebene .......................................... 10
1.5.1 Entitat ...................................................................................................1 1
1.5.2 Eigenschaft ........................................................................................... 11
1.5.3 Faktum ................................................................................................. 12
1.5.4 Entitatsschltissel ................................................................................... 12
1.5.5 Beziehung ............................................................................................ 13
1.5.6 Vereinfachung von Beziehungen .......................................................1 6
1.6 Konstruktionselemente fur die Mengenebene .......................................... 18
1.6.1 Entitatsmenge ......................................................................................1 9
1.6.2 Domane ................................................................................................ 20
1.6.3 Attribut ................................................................................................. 21
1.6.4 Beziehungsmenge ............................................................................... 23
1.6.5 Kardinalitat ...........................................................................................2 4
1.7 Konstruktionselemente fur die Typebene ................................................. 25
1.7.1 Entitatstyp ............................................................................................2 6
1.7.2 Attribut ................................................................................................. 27
1.7.3 Domanendefinition ............................................................................. 28
1.7.4 Beziehungstyp ..................................................................................... 29
1.7.5 Multiplizitat .......................................................................................... 30
1.7.6 Zweiseitiger Beziehungstyp ............................................................... 36
1.7.7 Beziehungstyp mit Attribut ................................................................. 38
1.7.8 Vielseitiger Beziehungstyp ................................................................. .40
IX
1.8 Entitats-Beziehungs-Diagramrn ................................................................. .48
1.8.1 Datenarchitektur ................................................................................. .48
1.8.2 Datenanalyse ....................................................................................... 50
1.9 Strukturmuster ·der Wirtschaftsinformatik ................................................. .52
1.9.1 Entwurfsmuster extemer Geschaftsvorfall ......................................... 52
1.9.2 Geschaftsvorfallskette ..........................................................................5 4
1.10 Aufgaben .................................................................................................. 56
2
Relationales Datenbankmodell ............................................................. 63
2.1 Konstruktionse1emente fur Relationen ...................................................... 63
2.2 Normalisierung von Relationen .................................................................. 66
2.2.1 Unnormalisierte Relation ..................................................................... 67
2.2.2 Die erste Normalform - 1NF ...............................................................7 3
2.2.3 Die zweite Normalform - 2NF ............................................................8 0
2.2.4 Die dritte Normalform - 3NF ..............................................................8 3
2.2.5 Weitere Normalformen ....................................................................... 86
2.3 Aufgaben ..................................................................................................... 86
3
Vom ERM zur relationalen Datenbank ................................................9 5
3.1 Oberfuhrungsstrategie Schritt fur Schritt .................................................... 96
3.2 Beziehungsmenge und Beziehungsrelation .............................................. 97
3.3 Beziehungstyp als Re1ationstyp implementiert .........................................9 9
3.4 Integration von Beziehungs- in Entitatsrelationen .................................. 10 2
3.5 Integrierbare Beziehungsrelationen ......................................................... 105
3.6 Nicht integrierbare Beziehungsrelationen ............................................... 112
3.7 RDBD von Geschaftsvorfall Rechnung .................................................... 115
3.8 RDBD der Geschaftsvorfallkette Kunde .................................................. 115
3.9 Aufgaben ................................................................................................... 117
x
4
Datenbanken und die Sprache SQL.. .................................................. 121
4.1 Datenbanken ............................................................................................. 121
4.2 Datenbankarten ......................................................................................... 125
4.3 Die Datenbanksprache SQL ..................................................................... 126
4.4 Entwicklungsgeschichte von SQL ............................................................ 127
4.5 Einteilung der SQL-Sprachelemente ........................................................ 128
4.6 Katalogsystem von DB2 ............................................................................ 130
4.7 Befehlszeilenprozessor ............................................................................. 131
4.7.1 Datenbankprozessor starten ............................................................. 132
4.7.2 Datenbanken auflisten ......................................................................1 32
4.7.3 Datenbank erstellen .......................................................................... 133
4.7.4 Verbindung zur Datenbank aufbauen ............................................ 133
4.7.5 Verbindung zur Datenbank abbauen .............................................. 134
4.7.6 Datenbank loschen ........................................................................... 134
4.7.7 Datenbankprozessor stoppen ........................................................... 135
4.8 Befehlszentrale ..........................................................................................1 36
4.9 Aufgaben ................................................................................................... 136
5
Die Datendei1nitionssprache von SQL.. .............................................1 37
5.1 Katalog und Schema ................................................................................. 137
5.2 Schemaanweisungen von SQL ................................................................. 138
5.3 Tabelle vereinbaren ..................................................................................1 39
5.4 Datentypen von SQL.. ............................................................................... 143
5.4.1 Numerische Datentypen ................................................................... 146
5.4.2 Zeichendatentypen ............................................................................ 148
5.4.3 Grafische Datentypen .......................................................................1 50
5.4.4 Objektorientierter Datentyp .............................................................. 150
5.4.5 Datums- und Zeitdatentypen ............................................................ 151
5.4.6 Benutzerdefinierte Datentypen ......................................................... 152
XI