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

354 Pages·2014·9.08 MB·German

by  Edwin Schicker (auth.)

Informatik & Praxis
Edwin Schicker
Datenbanken
und SQL
Eine praxisorientierte Einführung mit
Anwendungen in Oracle, SQL Server
und MySQL
4. Auflage
Informatik & Praxis
Herausgegebenvon
Prof.Dr.HelmutEirund
Prof.Dr.HerbertKopp
Prof.Dr.AxelViereck
Edwin Schicker
Datenbanken und SQL
Eine praxisorientierte Einführung mit
Anwendungen in Oracle, SQL Server und
MySQL
4., überarbeitete Auflage
EdwinSchicker
FakultätInformatikundMathematik
OTHRegensburg
Regensburg,Deutschland
ISSN1615-8245
ISBN978-3-8348-1732-7 ISBN978-3-8348-2185-0(eBook)
DOI10.1007/978-3-8348-2185-0
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cherungundVerarbeitunginelektronischenSystemen.
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Vorwort
Datenbanken entstandenabetwa1960ausderNotwendigkeit,dielogischenZugriffeauf
dieimmergrößerwerdendenDatenmengenderGroßrechnerzuvereinfachenundzunor-
mieren. Inzwischen haben Datenbanken längstihren Siegeszug in nahezuallen Anwen-
dungsbereichenangetreten.FürdieserasanteEntwicklungzeichnenvorallemdreiGründe
verantwortlich: Erstens stieg die Rechnerleistung in den letzten Jahrzehnten extrem an.
Zweitensermöglichendienach1970entwickeltenrelationalenDatenbankeneinintuitives
Erstellen vonDatenbanken mit einfachenZugriffen.Unddrittens unterstützen grafische
Oberflächen den AnwenderundDatenbankdesigner dankeiner intuitiven Benutzerfüh-
rung.
DamitwirddasErstelleneinerkleinenDatenbankfastzumKinderspiel.Dochnurein
korrektes Design gepaartmit wohlüberlegten strukturierten Zugriffen garantieren Flexi-
bilität,ZuverlässigkeitundeineproblemlosespätereErweiterungderDatenbank.Erstein
optimiertesDesignbasierendauftheoretischenGrundlagenundpraktischenErfahrungen
sorgenfürKonsistenzundIntegritäteinerDatenbank.Nursoerhaltenwirfehlerfreieund
widerspruchsfreieDatenbestände,diestetszugreifbarsind.
DiesesBuch entstandausVorlesungenzuDatenbanken, dieich fürInformatiker und
Mathematiker an der Technischen Hochschule Regensburg seit vielen Jahren lese. Ich
möchte mit diesem Buch aber auch alle interessierten Laien und Nicht-Informatiker
bewusstansprechen.DertheoretischeStoffwirdmittelszahlreicherBeispielesofortprak-
tisch angewendet. Regelmäßige Zusammenfassungen erleichtern die Wiederholung und
Reflexion des behandelten Stoffes. Zur Lernzielkontrolle dienen dem Autodidakten die
zahlreichenÜbungsaufgaben.DerPraxisbezugwirdunterstütztdurcheineimBuchfort-
laufendverwendeteBeispieldatenbank,dieimAnhangausführlichvorgestelltwird.
DiesesBuchwendetsichvorallemanProgrammierer,diemitHilfevonSQLaufDaten-
bankenzugreifenwollen,undanalle,diekleinebismittlereDatenbankenselbstentwerfen,
erweitern undändernmöchten.DavieleKapitelvoneinanderunabhängigsind,empfeh-
leichdiesesBuchausdrücklichauchalsNachschlagewerk.EinumfangreichesKapitelzur
DatenbankprogrammierungerschließtzusätzlichdieWeltdesInternetsunddergrafischen
Oberflächen.
GanzgroblässtsichdiesesBuchindreiTeilegliedern.DieKap.1bis3gebenzunächst
einenÜberblicküberDatenbankenundbeschäftigensichdannintensivmitAufbauund
V
VI Vorwort
DesignvonrelationalenDatenbanken.DiesermehrtheoretischeStoffwirdimzweitenTeil
durch die in den Kap. 4 und 5 behandelte Datenbanksprache SQL intensiv angewendet
unddabeizusätzlicherheblichvertieft.DieInternet-ProgrammeinKap.6schließendie-
senzweitenTeilab.ImdrittenTeilabKap.7werdenweiterführendeThemenvorgestellt.Es
findensichKapitelzurPerformance,zurKorrektheitdergespeichertenDaten,zuMöglich-
keiten des parallelen Datenzugriffs,zumSchutz vorDatenverlusten oderunberechtigten
ZugriffenundzuverteiltenundobjektrelationalenDatenbanken.
Kapitel1besprichtdieVorzügevonDatenbankengegenüberselbstverwaltetenDaten-
beständen, erklärt die wichtigsten Datenbankbegriffe und gibt einen kleinen Überblick
überdieLeistungsfähigkeitundMöglichkeitenvonDatenbanken.DiesesKapiteldientzur
ÜbersichtundMotivationundistvorallemfürdenAnfängerempfehlenswert.
Kapitel 2 und 3 beschäftigen sich mit relationalen Datenbanken. Sie sind zusammen
mitderSpracheSQLabKap.4diezentralenKapiteldiesesBuches.HierliegtderFokusauf
denMethodenzumErstelleneinerrelationalenDatenbankimDetail.DerAufbauvonRe-
lationenzusammenmitdenbeidenIntegritätsregelnwirdvorgestellt.DieNormalformen
vonRelationenunddasEntity-Relationship-ModellalsBasiswerkzeugezumDesignvon
Datenbankenwerdenausführlichbehandelt.
DieKap.4und5führenpraxisorientiertundumfassendindieDatenbankzugriffsspra-
cheSQLein,wobeianHandvonBeispielenderStoffderKap.2und3wesentlichvertieft
wird.Kapitel4befasstsichintensivmitdenZugriffsmöglichkeitenaufDatenbankenmittels
SQL. In Kap. 5 gehen wir einen Schritt weiter und erzeugen Datenbanken mit geeigne-
tenSQL-BefehlenundbeschäftigenunszusätzlichmitderVergabevonZugriffsrechtenin
SQL.HierwerdenauchwichtigeThemenwieSicherheitundIntegritätbehandelt.InKap.6
wirdderSQL-TeilmitumfangreichenProgrammenabgeschlossen.Hiergreifenwirmittels
HTMLundPHPvomInternetausdirektaufDatenbankenzu.
DerdritteTeildientderWeiterführungundVertiefung.ErbeginntinKap.7miteiner
EinführungindiePerformance.InKap.8folgendieimproduktivenEinsatzsehrwichtigen
ThemenRecovery undConcurrency.Eswerden ausführlichdieerforderlichenMaßnah-
menbeschrieben,umeinemplötzlichenRechnerabsturzruhigentgegenzusehenundum
Parallelzugriffezuermöglichen.
InKap.9werdendieGrundideenverteilterundobjektrelationalerDatenbankenvorge-
stellt.DiesbeinhaltetdieGrundregelnderverteiltenDatenbankenundersteGehversuche
mitderobjektrelationalenErweiterungderSpracheSQL.
Geübt wird im gesamten Buch durchgehend mit Oracle, aber auch mit MySQL und
SQLServer.DankdernormiertenSpracheSQLsinddiemeistenBeispielediesesBuches
auchaufandereDatenbankendirektanwendbar.AufdiewenigenAbweichungenzwischen
Oracle,SQLServerundMySQLwirdimmerexplizithingewiesen.DieBeispieldatenbank
Bikewirddurchgängigverwendet,besondersintensivindenSQL-Kapiteln.DieseDaten-
bankBikewirdimAnhangausführlichvorgestelltundistBasisfürallepraktischenÜbun-
gendiesesBuches.InstallationsprogrammezumautomatischenErstellendieserDatenbank
für Oracle, SQL Server und MySQL stehen im Internet kostenlos zur Verfügung. Ent-
Vorwort VII
sprechendeHinweisewerdenebenfallsimAnhanggegeben.JedesKapitelendetmiteiner
Zusammenfassung,ÜbungsaufgabenundLiteraturhinweisen.
SeitderdrittenAuflagesindvieleJahrevergangen.IndervorliegendenviertenAuflage
wurdenalleKapitelvollständigüberarbeitet.VölligneusinddasKapitelzurProgrammie-
rungmitPHPunddasKapitelüberPerformance.AuchdieBeispieldatenbankBikewurde
weiter verbessert.DiezahlreichenzusätzlichenÄnderungensindauchaufdievielenAn-
regungenvonLesernzurückzuführen.Dafürbedankeichmichsehrherzlich.
Mein besonderer Dank gilt meiner Familie, deren Rücksicht und Verständnis dieses
Bucherstermöglichten.
Regensburg,imApril2014
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 . . . . . . . . . . . . 13
1.4.4 ModerneEntwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Transaktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6 DasKonsistenzmodellACID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.7 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2 DasRelationenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1 BeispielzurelationalenDatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 RelationaleDatenstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3 Primärschlüssel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4 RelationaleIntegritätsregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4.1 Entitäts-Integritätsregel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4.2 Referenz-Integritätsregel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5 RelationaleAlgebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.5.1 RelationaleOperatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.5.2 Vereinigung,SchnittundDifferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5.3 ProjektionundRestriktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5.4 Kreuzprodukt,VerbundundDivision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.5.5 EigenschaftenderrelationalenOperatoren . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.7 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
IX
X Inhaltsverzeichnis
3 Datenbankdesign. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1 Normalformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.1.1 ErsteNormalform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1.2 FunktionaleAbhängigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1.3 ZweiteNormalform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.1.4 DritteNormalformnachBoyceundCodd . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.1.5 DritteNormalformnachCodd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.1.6 VierteNormalform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1.7 FünfteNormalform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.1.8 Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.2 Entity-Relationship-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.2.1 Entitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.2.2 Beziehungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.2.3 Beziehungsrelationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.2.4 Fremdschlüsseleigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2.5 SchwacheEntitätenundSubtypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.2.6 Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.3 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4 DieZugriffsspracheSQL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.1 DerAbfragebefehlSelect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.1.1 DerAufbaudesSelect-Befehls. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.1.2 DieFrom-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.1.3 DieSelect-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.1.4 DieWhere-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.1.5 DieGroup-By-undHaving-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.1.6 Union,ExceptundIntersect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.1.7 DerVerbund(Join) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.1.8 DeräußereVerbund(OuterJoin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.1.9 DieOrder-By-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.1.10 NullwerteunddieCoalesce-Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.1.11 ArbeitsweisedesSelect-Befehls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.2 MutationsbefehleinSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.3 TransaktionsbetriebmitSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.4 RelationaleAlgebraundSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.6 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5 DieBeschreibungsspracheSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.1 Relationenerzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Inhaltsverzeichnis XI
5.1.1 Datentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.1.2 Spalten-undTabellenbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.2 Relationenändernundlöschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.3 TemporäreRelationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.4 Sichten(Views). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.5 Zusicherungen(Assertions) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.6 Gebiete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
5.7 Trigger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.8 Sequenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.9 Zugriffsrechte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.10 Zugriffsschutz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5.11 Integrität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.12 AufbaueinerDatenbank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
5.12.1 InformationSchema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
5.12.2 DatenbankenundOracle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.12.3 DatenbankenundSQLServer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.12.4 DatenbankenundMySQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.13 EinrichtenundVerwaltenvonDatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.13.1 OracleDatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.13.2 SQLServerDatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.13.3 MySQLDatenbanken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
5.14 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
5.15 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6 DatenbankprogrammierungmitPHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.1 ArbeitenmitPHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
6.2 ÜberblickzuWebserver,HTMLundPHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.2.1 InternetundWebserver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.2.2 HypertextMarkupLanguage(HTML) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.2.3 PHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
6.2.4 FelderinPHP:einekurzeÜbersicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
6.3 ErsteDatenbankzugriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.3.1 DatenbankzugriffmitPHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.3.2 DieDatenbankschnittstellePDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
6.3.3 ErsterPHP-ZugriffaufDatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
6.3.4 EinführungindieFehlerbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
6.3.5 AuslesenmehrererDatenzeilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
6.4 KomplexereDatenbankzugriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
6.4.1 Sessionvariable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
6.4.2 MehrfacheLesezugriffeaufDatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
6.4.3 EineGUIzurEingabevonSQL-Befehlen . . . . . . . . . . . . . . . . . 210