SQL Wintersemester 16/17 DBIS 1

Transkript

1 SQL 1

2 Typischer Datenbankentwurf Anforderungsanalyse und -spezifikation Miniwelt Konzeptioneller Entwurf E/R-Diagramm Alternative: UML-Diagramm Logischer Entwurf Relationales DB- Schema Alternativen: Bachman-Diagramm (Netzwerk- DB-Modell) Hierarchisches DB-Schema (Hierarchisches DB-Modell) Datendefinition Durch Wahl eines Produkts SQL-Anweisungen gemäß SQL- Dialekt des gewählten DBMS (Übung: DB2) Alternativen: Wahl eines anderen RDBMS 2

3 Einführung in SQL Wintersemester 15/16 DBIS 3

4 Einleitung SQL = Structured Query Language Die Norm-Datenbanksprache (ISO, DIN) für relationale DBMS Hoher Anwendungs- und Verbreitungsgrad Abdeckung aller 3 Ebenen der ANSI/SPARC- Architektur (externes, konzeptuelles und internes Schema) SQL als Sprache für alle Bereiche eines DBMS DDL: Data Definition Language (CREATE TABLE, CREATE INDEX,...) DML: Data Manipulation Language (SELECT, UPDATE, INSERT, DELETE) DCL: Data Control Language (GRANT) TCL: Transaction Control Language (COMMIT, ROLLBACK) 4

5 Historie I Ursprung im Rahmen des System R Projektes (IBM Research Lab, San Jose, Anfang 1970er): Sprache SEQUEL (Structured English Query Language) publiziert durch Don Chamberlin und Raymond F. Boyce Ziel war die Entwicklung einer benutzerfreundlichen Datenbanksprache mit großer Mächtigkeit basierend auf den Erfahrungen mit Relationenalgebra und Relationenkalkül Weiterentwicklung 1975/76 bei IBM zu SEQUEL2 Umbenennung zu SQL, erste Produkte Ende der 70er (Oracle, DB2) In Folge weitere Produkte mit SQL-Schnittstelle oder SQL-Aufsätzen für vorrelationale DBMS (UDS, ADABAS, Informix, MS Access,...) 5

6 Historie II SQL-Normierungsaktivitäten, seit 1982 etabliert (ANSI, ISO, DIN) Entwicklungsschritte SQL0: 1. Norm 1987 (ISO und DIN 9075) SQL1: 2. Norm 1989 ("SQL-89") SQL2: 3. Norm 1992 ("SQL-92") SQL:1999 Aktuelle Revision: SQL:2011 Der aktuelle ISO-Standard besteht aus 14 Publikationen 6

7 Normierung vs. Praxis Genormte SQL-Sprachumfänge werden immer umfangreicher, SQLn+1 schließt jeweils SQLn ein (Abwärtskompatibilität) Produkte bieten zahlreiche Spezialitäten und Eigenheiten, die nicht normkonform sind bzw. vielleicht später von der Norm erfasst werden SQL-2011 SQL-2008 SQL/XML / SQL-2006 SQL:2003 SQL3 / SQL-99 SQL2 / SQL-92 SQL1 / SQL-89 SQL0 / SQL-87 typischer heutiger SQL-Dialekt in Produkten 8

8 Datendefinition mit SQL DDL 8

9 Grober Überblick zu Datendefinitionsanweisungen in SQL Konzeptuelle Ebene CREATE TABLE, ALTER TABLE, DROP TABLE CREATE DOMAIN, ALTER DOMAIN, DROP DOMAIN Interne Ebene CREATE INDEX, ALTER INDEX, DROP INDEX Nicht Bestandteil der aktuellen SQL-Norm (SQL:2011) Externe Ebene CREATE VIEW, DROP VIEW Nicht notwendig (aber in manchen Produkten vorhanden): ALTER VIEW (= DROP + CREATE) 9

10 Der CREATE TABLE -Befehl Syntax (in einfachster Form): CREATE TABLE Basisrelationenname ( Spaltenname_1 Wertebereich_1 [NOT NULL],... Spaltenname_k Wertebereich_k [NOT NULL]) Beispiel (ohne Schlüsseldefinitionen) CREATE TABLE Buch( InvNr INTEGER NOT NULL, Titel VARCHAR(30), ISBN CHAR(5), Autor VARCHAR(40)) CREATE TABLE Ausleihe( InvNr INTEGER NOT NULL, Name VARCHAR(20)) 10

11 Bedeutung der Anweisung Erzeugen einer k-spaltigen Tabelle (Relation mit k Attributen) mit über Spaltenname_i/Wertebereich_i definiertem Relationenschema Tabelle ist nach dem CREATE zunächst leer, d.h. enthält keine Tupel NOT NULL Klausel verbietet das Auftreten von Nullwerten (NULL) in den spezifizierten Spalten, ohne Angabe sind Nullwerte erlaubt Schemainformation wird im Datenbankkatalog (Data Dictionary) abgelegt Datenbankkatalog prinzipiell normiert und besteht ebenfalls aus Tabellen; Verzeichnis aller erzeugten Tabellen, Attribute, benutzerdefinierten Wertebereiche etc. Katalogtabellen können mit SQL vom Benutzer gelesen werden wie "normale" benutzereigene Tabellen Wesentlicher Vorteil von relationalen Datenbanksystemen 11

12 Wertebereiche / Datentypen Numerische Typen: INTEGER, SMALLINT, BIGINT FLOAT(precision), REAL, DECIMAL(precision [, scale]) Zeichenkettentypen: CHARACTER(n), CHAR(n), VARCHAR(n) Logische Datentypen: BIT(n), BOOLEAN Datentypen für Zeit/Datum: DATE, TIME[(precision)], TIMESTAMP[(precision)] Datentypen für große Objekte: CHARACTER LARGE OBJECT[(length)], CLOB[(length)] Datentypen in konkreten relationalen Datenbanksystemen (Produkten) Grundlage ist immer die Produktliteratur Oft existieren zusätzliche Datentypen (nicht in der SQL-Norm) 12

13 Bemerkung zu Schlüsseln SQL-Norm erzwingt keine Primärschlüssel-Definition (Abweichung von der reinen relationalen Lehre)! Tabellen dürfen also Duplikate aufweisen (Mehrfache Tupel, die in allen ihren Attributwerten übereinstimmen) Duplikatfreiheit muss explizit festgelegt werden PRIMARY KEY Klausel als eine Möglichkeit (implizit NOT NULL) Überwachung durch das DBMS CREATE TABLE Buch ( InvNr INTEGER NOT NULL, Titel VARCHAR(30), ISBN CHAR(5), Autor VARCHAR(40), PRIMARY KEY (InvNr)) CREATE TABLE Ausleihe ( InvNr INTEGER NOT NULL, Name VARCHAR(20), PRIMARY KEY (InvNr), FOREIGN KEY (InvNr) REFERENCES Buch(InvNr)) 13

14 Zusätzliche Anweisungen I Falls der Primärschlüssel nur aus einem Attribut besteht, kann die PRIMARY KEY Klausel inline angegeben werden DEFAULT-Klausel zur expliziten, benutzerseitigen Festlegung eines Default-Werts für eine Tabellenspalte Beispiel: CREATE TABLE Buch ( InvNr INTEGER PRIMARY KEY, Titel VARCHAR(30), ISBN CHAR(5), Autor VARCHAR(40) DEFAULT 'Küspert') Beim Einfügen eines Datensatzes ohne Autor-Angabe wird vom DBMS der Wert 'Küspert' eingetragen 14

15 Zusätzliche Anweisungen II CHECK-Klausel zur Spezifikation von Integritätsbedingungen Ermöglicht die Angabe von Prädikaten, welche den zulässigen Wertebereich für Tabellenspalten weiter einschränken Prüfung erfolgt durch das DBMS bei Tupeleinfügung (INSERT) und Wertänderung (UPDATE) Im Fall einer drohenden Konsistenzverletzung wird die verursachende Anweisung nicht ausgeführt, also zurückgewiesen CHECK-Klausel ist auch an einer Tabelle gesamt definierbar Beispiel: CREATE TABLE Buch ( InvNr INTEGER PRIMARY KEY CHECK (InvNr BETWEEN 5 AND 9999), Titel VARCHAR(30), ISBN CHAR(5), Autor VARCHAR(40) DEFAULT 'Küspert' CHECK (Autor <> 'Kujau')) 15

16 Der ALTER TABLE -Befehl Syntax: ALTER TABLE Basisrelationenname <alter_action> Bedeutung der Anweisung: Änderung eines mit CREATE TABLE angelegten Relationsschemas (Schemaevolution) Möglichkeiten der Änderung über <alter_action> Hinzufügen neuer Attribute (Spalten) zu einer Tabelle Löschen von Tabellenspalten Ändern von Eigenschaften vorhandener Attribute (sehr eingeschänkt!) Hinzufügen von Integritätsbedingungen an einer Tabelle Löschen von Integritätsbedingungen einer Tabelle 16

17 ALTER TABLE Hinzufügen und Löschen von Spalten Hinzufügen von Tabellenspalten Neue Spalte wird bei allen in der Tabelle aktuell vorhandenen Tupeln mit NULL belegt (zumindest logisch ) Neue Spalte (Name, Wertebereich, Tabellenzuordnung) wird im Katalog eingetragen Beispiel: ALTER TABLE Buch ADD Seitenzahl INTEGER CHECK (Seitenzahl > 0) Löschen von Tabellenspalten Umkehrung der Wirkung gegenüber Hinzufügen Zusätzlich Angabe CASCADE bzw. RESTRICT möglich Beispiel: ALTER TABLE Buch DROP Seitenzahl 17

18 ALTER TABLE Ändern von Integritätsbedingungen Ändern von Tabellenspalten Ändern/Löschen einer Default-Angabe Aktualisierung des Katalogs Beispiel 1: Beispiel 2: ALTER TABLE Buch ALTER ISBN SET DEFAULT '0-000' ALTER TABLE Buch ALTER ISBN DROP DEFAULT Hinzufügen einer Tabellen-Integritätsbedingung Aktuelle Daten der Tabelle müssen die Bedingung erfüllen! Aktualisierung des Katalogs Beispiel: ALTER TABLE Buch ADD UNIQUE(Autor, Titel) 18

19 ALTER TABLE - Bemerkungen Wunsch nach viel mehr Möglichkeiten vor allem beim Verändern einer bestehenden Tabellenspalte (z. B. Ändern des Datentyps - Keine Unterstützung durch SQL-Norm) Relationale DBMS-Produkte unterstützen diesbezüglich meist nur kleinen Teil der SQL-92-Norm: ALTER TABLE... ADD... Schemaänderung generell heikles Thema bei DBMS Was geschieht mit den vorhandenen Daten (Tupeln in Tabellen)? Sofortige Transformation in neues Format Verzögerte Transformation in neues Format Was, wenn Transformation scheitert / nicht automatisch durchführbar? Auswirkungen auf vorhandene Anwendungen (Programme, gespeicherte SQL-Anfragen), teilweise Abhilfe durch Sichten (Views) 19

20 Der DROP TABLE -Befehl Syntax: DROP TABLE Basisrelationenname <drop_behavior> Bedeutung der Anweisung: Tabelle Basisrelationenname wird gelöscht (Schema und Daten!) Einträge zur Schemabeschreibung (Relationsname, Attributnamen, Wertebereichsangaben,...) werden aus dem Katalog entfernt Üblicherweise nicht zwischen normalen DB-Veränderungen in einer Transaktion erlaubt Definition der Reaktion des DBMS über <drop_behavior>, wenn die Tabelle noch über Integritätsbedingungen/Sichten referenziert wird Beispiel: DROP TABLE Buch RESTRICT 20

21 Der CREATE DOMAIN -Befehl Syntax: CREATE DOMAIN Domainname Wertebereich Bedeutung der Anweisung: Möglichkeit zur Vereinbarung benutzerdefinierter Wertebereiche Eigene Datentypen (Domänen) im Gegensatz zur Einschränkung des Wertebereichs von Standarddatentypen mit CHECK-Klausel Analog zu Programmiersprachen Definition darf mit DEFAULT- und CHECK-Klausel verwendet werden Beispiel: CREATE DOMAIN Fachgebiet VARCHAR(20) DEFAULT 'Informatik' CHECK (VALUE IN ('Informatik', 'Physik', 'BWL', 'Mathematik')) CREATE TABLE Buch ( InvNr INTEGER PRIMARY KEY, Titel VARCHAR(30), Gebiet Fachgebiet, ISBN CHAR(5), Autor VARCHAR(40)) 21

22 CREATE DOMAIN - Erläuterungen Neuer benutzerdefinierter Typ "Fachgebiet", welcher Zeichenketten der Länge 20 aufnehmen kann Standardwert ist 'Informatik' Erlaubte Werte sind 'Informatik', 'Physik', 'Mathematik' und 'BWL' Was wäre, wenn in der Liste der erlaubten Werte 'Informatik' fehlt? Einfügen eines Buch-Tupels ohne Gebiet-Angabe scheitert, weil DBMS den Default-Wert 'Informatik' generiert, CHECK-Klausel aber nicht erfüllt ist Realisierung in der gezeigten Form nicht in allen Produkten vorhanden 22

23 Der ALTER DOMAIN -Befehl Syntax: ALTER DOMAIN Domainname <alter_action> Bedeutung der Anweisung Verändert einen existierenden nutzerdefinierten Datentyp Möglichkeiten der Änderung über <alter_action> SET DEFAULT: Setzen eines (neuen) Defaultwertes DROP DEFAULT: Defaultwert löschen ADD CHECK: Check-Klausel hinzufügen/überschreiben DROP CHECK: Check-Klausel löschen Beispiel: ALTER DOMAIN Fachgebiet SET DEFAULT 'BWL' 23

24 Der DROP DOMAIN -Befehl Syntax: DROP DOMAIN Domainname <drop_behavior> Bedeutung der Anweisung Löscht einen existierenden nutzerdefinierten Datentyp Definition der Reaktion des DBMS über <drop_behavior>, wenn der Datentyp noch verwendet wird: Beispiel: DROP DOMAIN Fachgebiet CASCADE 24

25 Die Befehle CREATE INDEX und DROP INDEX Syntax: CREATE [UNIQUE] INDEX Indexname ON Basisrelationenname ( Spaltenname_1 Ordnung_1,... Spaltenname_k Ordnung_k) Bedeutung der Anweisung Erzeugung eines Zugriffspfads (Index), der zum schnellen Zugriff auf bestimmte Tupel bei gegebenem Attributwert dient UNIQUE-Angabe spezifiziert, dass die Werte im Index eindeutig sein müssen (keine Duplikate) Ordnung_i: mögliche Werte ASC (ascending) und DESC (descending) 25

26 Bemerkungen zu CREATE / DROP INDEX I PRIMARY KEY-Definition bei CREATE TABLE erzeugt implizit einen Unique Index auf dem Primärschlüssel Keine Forderung der (SQL-)Norm, aber Realität in Produkten Grund: Effizienz beim Prüfen der Werteeindeutigkeit! Art der Realisierung auf konzeptueller und externe Ebene nicht sichtbar Sogar die (Nicht-)Existenz eines Index bleibt verborgen Grund Datenunabhängigkeit: Indexe können erzeugt/gelöscht werden, ohne dass der Anwender etwas davon merkt (außer Performance)! 26

27 Beispiele CREATE / DROP INDEX CREATE UNIQUE INDEX Titel_Index ON Buch (Titel ASC) Ergebnis: kann nicht erfolgreich durchgeführt werden, da keine Werteeindeutigkeit in Spalte Titel (Lösung: Weglassen der UNIQUE-Angabe) CREATE INDEX Autoren_Index ON Buch (Autor ASC) Ermöglicht schnellen Zugriff auf die zu einem Autor gehörigen Bücher CREATE INDEX Autoren_Titel_Index ON Buch (Autor ASC, Titel ASC) Index enthält Werte-Paare (Autor, Titel) (Gut geeignet, wenn Anfragen häufig mit Autorenund Titelangabe erfolgen ("Ist das Pascal-Buch von Wirth vorhanden?")) CREATE INDEX InvNr_Index ON Ausleihe (InvNr ASC) Unnötig, da "InvNr" Primärschlüssel in Tabelle "Ausleihe" ist und Index somit vorhanden DROP INDEX Autoren_Index Index mit global eindeutigem Namen "Autoren_Index" wird gelöscht 27

28 Bemerkungen zu CREATE / DROP INDEX II Gedankenspiel: angenommen, InvNr wäre nicht als Primärschlüssel in Ausleihe vereinbart, warum erscheint Index auf InvNr trotzdem sinnvoll? InvNr ist Fremdschlüssel in Ausleihe mit Bezug auf den Primärschlüssel (InvNr) von Buch DBMS muss deshalb Integritätsüberwachung vornehmen, z.b. dass ein Buch nicht gelöscht werden darf, wenn noch ausgeliehen Erfordert aus Effizienzgründen einen Index (welcher von realen Produkten nicht erzwungen wird!) CREATE UNIQUE INDEX ist damit eine unschöne Alternative zu PRIMARY KEY 28