Datenbanken und SQL: Eine praxisorientierte Einführung mit Anwendungen in Oracle, SQL Server und MySQL

362 Pages·2017·7.47 MB·German

by  Edwin Schicker (auth.)

Informatik & Praxis
Edwin Schicker
Datenbanken
und SQL
Eine praxisorientierte Einführung
mit Anwendungen in Oracle,
SQL Server und MySQL
5. Auflage
Informatik & Praxis
Reihenherausgeber
HelmutEirund
HerbertKopp
AxelViereck
Die Reihe Informatik & Praxis wird herausgegeben von Prof. Dr. Helmut Eirund, Prof.
Dr.HerbertKoppundProf.Dr.AxelViereck.
Anwendungsorientiertes Informatik-Wissen ist heute in vielen Arbeitszusammenhängen
nötig, um in konkreten Problemstellungen Lösungsansätze erarbeiten und umsetzen zu
können. In den Ausbildungsgängen an Universitäten und vor allem an Fachhochschu-
len wurdedieser Entwicklung durch eine Integrationvon Informatik-Inhaltenin sozial-,
wirtschafts- undingenieurwissenschaftlicheStudiengängeunddurchBildungneuerStu-
diengänge – z.B. Wirtschaftsinformatik, Ingenieurinformatik oder Medieninformatik –
Rechnunggetragen.DieBändederReihewendensichinsbesondereandieStudierenden
indiesenStudiengängen,aberauchanStudierendederInformatik,undstellenInformatik-
Themendidaktischdurchdacht,anschaulichundohnezugroßen„Theorie-Ballast“vor.
Die Bände der Reihe richten sich aber gleichermaßen an den Praktiker im Betrieb und
sollenihnindieLageversetzen,sichselbständigineininseinemArbeitszusammenhang
relevantesInformatik-Themaeinzuarbeiten,grundlegendeKonzeptezuverstehen,geeig-
neteMethodenanzuwendenundWerkzeugeeinzusetzen,umeineseinerProblemstellung
angemesseneLösungzuerreichen.
Edwin Schicker
Datenbanken und SQL
Eine praxisorientierte Einführung mit
Anwendungen in Oracle, SQL Server und
MySQL
5., aktualisierte und erweiterte Auflage
EdwinSchicker
FakultätInformatikundMathematik
OTHRegensburg
Regensburg,Deutschland
ISSN1615-8245
Informatik&Praxis
ISBN978-3-658-16128-6 ISBN978-3-658-16129-3(eBook)
DOI10.1007/978-3-658-16129-3
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auchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinnederWarenzeichen-
undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermannbenutztwerdendürften.
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WerkzumZeitpunktderVeröffentlichungvollständigundkorrektsind.WederderVerlagnochdieAutorenoder
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Vorwort
Datenbanken entstanden ab etwa 1960 aus der Notwendigkeit, die logischen Zugriffe
aufdieimmergrößerwerdendenDatenmengenderGroßrechnerzuvereinfachenundzu
normieren. Inzwischen haben Datenbanken längst ihren Siegeszug in nahezu allen An-
wendungsbereichen angetreten. Für diese rasante Entwicklung zeichnen vor allem drei
Gründeverantwortlich: Erstens stieg die Rechnerleistung in den letzten Jahrzehnten ex-
treman.Zweitensermöglichendienach1970entwickeltenrelationalenDatenbankenein
intuitives Erstellen von Datenbanken mit einfachen Zugriffen. Und drittens unterstützen
grafischeOberflächendenAnwenderundDatenbankdesignerdankeinerintuitivenBenut-
zerführung.
DamitwirddasErstelleneinerkleinenDatenbankfastzumKinderspiel.Dochnurein
korrektesDesigngepaartmitwohlüberlegtenstrukturiertenZugriffengarantierenFlexibi-
lität, Zuverlässigkeit und eine problemlosespätere Erweiterung der Datenbank. Erst ein
optimiertesDesignbasierendauftheoretischenGrundlagenundpraktischenErfahrungen
sorgenfürKonsistenzundIntegritäteinerDatenbank.Nursoerhaltenwirfehlerfreieund
widerspruchsfreieDatenbestände,diestetszugreifbarsind.
Dieses Buch entstand aus Vorlesungen zu Datenbanken, die ich für Informatikerund
Mathematiker an der Technischen Hochschule Regensburg seit vielen Jahren lese. Ich
möchte mit diesem Buch aber auch alle interessierten Laien und Nicht-Informatiker be-
wusst ansprechen. Der theoretische Stoff wird mittels zahlreicher Beispiele sofort prak-
tisch angewendet. Regelmäßige Zusammenfassungen erleichtern die Wiederholung und
Reflexion des behandelten Stoffes. Zur Lernzielkontrolle dienen dem Autodidakten die
zahlreichenÜbungsaufgaben.DerPraxisbezugwirdunterstütztdurcheineimBuchfort-
laufendverwendeteBeispieldatenbank,dieimAnhangausführlichvorgestelltwird.
Dieses Buch wendet sich vor allem an Programmierer, die mit Hilfe von SQL auf
Datenbanken zugreifen wollen, und an alle, die kleine bis mittlere Datenbanken selbst
entwerfen,erweiternundändernmöchten.DavieleKapitelvoneinanderunabhängigsind,
empfehleichdiesesBuchausdrücklichauchalsNachschlagewerk.EinumfangreichesKa-
pitelzur Datenbankprogrammierungerschließt zusätzlich dieWelt desInternetsundder
grafischenOberflächen.
GanzgroblässtsichdiesesBuchindreiTeilegliedern.DieKap.1bis3gebenzunächst
einen Überblick über Datenbanken undbeschäftigen sich dann intensiv mit Aufbauund
V
VI Vorwort
Design von relationalen Datenbanken. Dieser mehr theoretische Stoff wird im zweiten
TeildurchdieindenKap.4und5behandelteDatenbankspracheSQLintensivangewen-
det und dabei zusätzlich erheblich vertieft. Die Internet-Programmein Kap. 6 schließen
diesen zweiten Teilab.Im drittenTeil abKap. 7werden weiterführendeThemenvorge-
stellt. Es finden sich Kapitel zur Performance, zur Korrektheit der gespeicherten Daten,
zu Möglichkeiten des parallelen Datenzugriffs, zum Schutz vor Datenverlusten oderun-
berechtigtenZugriffenundzuverteiltenundobjektrelationalenDatenbanken.
Kapitel 1 bespricht die Vorzüge von Datenbanken gegenüber selbst verwalteten Da-
tenbeständen,erklärtdiewichtigstenDatenbankbegriffeundgibteinenkleinenÜberblick
überdieLeistungsfähigkeitundMöglichkeitenvonDatenbanken.DiesesKapiteldientzur
ÜbersichtundMotivationundistvorallemfürdenAnfängerempfehlenswert.
Kapitel 2 und 3 beschäftigen sich mit relationalen Datenbanken. Sie sind zusammen
mitderSpracheSQLabKap.4diezentralenKapiteldiesesBuches.HierliegtderFokus
aufdenMethodenzumErstelleneinerrelationalenDatenbankimDetail.DerAufbauvon
Relationen zusammen mit den beiden Integritätsregeln wird vorgestellt. Die Normalfor-
menvonRelationenunddasEntity-Relationship-ModellalsBasiswerkzeugezumDesign
vonDatenbankenwerdenausführlichbehandelt.
Die Kap. 4 und 5 führen praxisorientiert und umfassend in die Datenbankzugriffs-
sprache SQL ein, wobei an Hand von Beispielen der Stoff der Kap. 2 und 3 wesentlich
vertieftwird.Kapitel4befasstsichintensivmitdenZugriffsmöglichkeitenaufDatenban-
ken mittels SQL. In Kap. 5 gehen wir einen Schritt weiter und erzeugen Datenbanken
mit geeigneten SQL-Befehlen und beschäftigen uns zusätzlich mit der Vergabevon Zu-
griffsrechten in SQL. Hier werden auch wichtige Themen wie Sicherheit und Integrität
behandelt.InKap. 6wird der SQL-TeilmitumfangreichenProgrammenabgeschlossen.
HiergreifenwirmittelsHTMLundPHPvomInternetausdirektaufDatenbankenzu.
Der dritte Teil dient der Weiterführung und Vertiefung. Er beginnt in Kap. 7 mit ei-
ner Einführung in die Performance. In Kap. 8 folgen die im produktiven Einsatz sehr
wichtigenThemenRecoveryundConcurrency.Eswerdenausführlichdieerforderlichen
Maßnahmen beschrieben, um einem plötzlichen Rechnerabsturz ruhig entgegenzusehen
undumParallelzugriffezuermöglichen.
InKap.9werdendieGrundideenverteilterundobjektrelationalerDatenbankenvorge-
stellt.DiesbeinhaltetdieGrundregelnderverteiltenDatenbankenundersteGehversuche
mitderobjektrelationalenErweiterungderSpracheSQL.
Geübt wird im gesamten Buch durchgehend mit Oracle, aber auch mit MySQL und
SQL Server. Dank der normierten Sprache SQL sind die meisten Beispiele dieses Bu-
ches auch auf andere Datenbanken direkt anwendbar. Auf die wenigen Abweichungen
zwischenOracle,SQLServerundMySQLwirdimmerexplizithingewiesen.DieBeispiel-
datenbank Bike wird durchgängig verwendet, besonders intensiv in den SQL-Kapiteln.
DieseDatenbankBikewirdimAnhangausführlichvorgestelltundistBasisfüralleprak-
tischen Übungen dieses Buches. Installationsprogramme zum automatischen Erstellen
dieser Datenbank für Oracle, SQL Server und MySQL stehen im Internet kostenlos zur
Vorwort VII
Verfügung.EntsprechendeHinweisewerdenebenfallsimAnhanggegeben.JedesKapitel
endetmiteinerZusammenfassung,ÜbungsaufgabenundLiteraturhinweisen.
DievorliegendefünfteAuflagewurdeumaktuelleThemenwieSQLInjectionerwei-
tert,ebensowurdenFehlerkorrigiert.AnpassungensindauchaufAnregungenvonLesern
zurückzuführen.Dafürbedankeichmichbesonders.
Mein besonderer Dank gilt meiner Familie, deren Rücksicht und Verständnis dieses
Bucherstermöglichten.
Regensburg,imOktober2016
Inhaltsverzeichnis
1 ÜbersichtüberDatenbanken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 DefinitioneinerDatenbank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 AnforderungenaneineDatenbank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 DerDatenbank-Administrator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 Datenbankmodelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4.1 RelationaleDatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.2 ObjektorientierteDatenbanken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.3 HierarchischeundnetzwerkartigeDatenbanken . . . . . . . . . . . 14
1.4.4 ModerneEntwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5 Transaktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6 DasKonsistenzmodellACID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.7 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2 DasRelationenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1 BeispielzurelationalenDatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2 RelationaleDatenstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Primärschlüssel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4 RelationaleIntegritätsregeln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4.1 Entitäts-Integritätsregel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4.2 Referenz-Integritätsregel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5 RelationaleAlgebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.5.1 RelationaleOperatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5.2 Vereinigung,SchnittundDifferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.5.3 ProjektionundRestriktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.5.4 Kreuzprodukt,VerbundundDivision . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.5.5 EigenschaftenderrelationalenOperatoren . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6 Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.7 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
IX
X Inhaltsverzeichnis
3 Datenbankdesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1 Normalformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.1.1 ErsteNormalform. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.1.2 FunktionaleAbhängigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.1.3 ZweiteNormalform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1.4 DritteNormalformnachBoyceundCodd . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.1.5 DritteNormalformnachCodd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1.6 VierteNormalform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.1.7 FünfteNormalform. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.1.8 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.2 Entity-Relationship-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.2.1 Entitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2.2 Beziehungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.2.3 Beziehungsrelationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.2.4 Fremdschlüsseleigenschaften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.2.5 SchwacheEntitätenundSubtypen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.2.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.3 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4 DieZugriffsspracheSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.1 DerAbfragebefehlSelect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.1.1 DerAufbaudesSelect-Befehls. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.1.2 DieFrom-Klausel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.1.3 DieSelect-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.1.4 DieWhere-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.1.5 DieGroup-By-undHaving-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.1.6 Union,ExceptundIntersect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.1.7 DerVerbund(Join) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.1.8 DeräußereVerbund(OuterJoin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.1.9 DieOrder-By-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.1.10 NullwerteunddieCoalesce-Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.1.11 ArbeitsweisedesSelect-Befehls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.2 MutationsbefehleinSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.3 TransaktionsbetriebmitSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.4 RelationaleAlgebraundSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.5 Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.6 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141