Datenbanksysteme I. FB Automatisierung und Informatik: Datenbanksysteme I

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1 Datenbanksysteme I Dipl.-Inf., Dipl.-Ing. (FH) Michael Wilhelm Hochschule Harz FB Automatisierung und Informatik mwilhelm@hs-harz.de Raum Tel / Inhalt 1. Grundlegende Begriffe der Datenbanktechnologie 2. Datenbankentwurf / Datenmodelle 3. ER-Modell / ER-Diagramm 4. SQL-Sprache 5. Normalisierung 6. SQL-Erweiterungen 2 1

2 SQL-Erweiterungen CREATE TABLE UPDATE TABLE COMPUTED BY SUB SELECT CASE ANY ALL JOINS AGGREGAT-FUNKTIONEN KEYS INDIZES CONSTRAINTS VIEWS 3 Create Table CREATE TABLE [schema.] table (column datatype [DEFAULT expr], ); Datentypen Oracle: Number(m,n), char, varchar, varchar2, date, time, Currency, Raw, Long Raw, CLOB, BLOB, NChar, NChar2, CFile, BFile Datentypen Interbase: Numeric, char, Varchar, date, time, timestamp, smallint, integer, bigint, float, double Presicion, Currency, Bool, Blob 4 2

3 Create Table CREATE TABLE emp ( empno number(4) NOT NULL primary key, ename varchar2(10), job varchar2(9), mgr number(4), hiredate date default sysdate, sal number(7,2), comm number(7,2), deptno number(2), constraint emp_pk primary key (empno), primary key (empno) // Alternativ ); 5 Create Table Schlüsselwörter: NOT NULL NULL mysql AUTO_INCREMENT mysql DEFAULT DEFAULT NULL Firebird COMPUTED BY 6 3

4 Domains definieren Domains sind benutzerdefinierte Datentypen. Werden häufig für Längendefinitionen von Strings und Zahlen verwendet. CREATE DOMAINS mynumber as INTEGER DEFAULT 4712 CREATE DOMAINS mystring as CHAR(200) CREATE DOMAINS mynumber as NUMERIC(7,2) CREATE DOMAINS myname as VARCHAR(50) CREATE DOMAINS mystudiengang as VARCHAR(10) CHECK (value IN ("IB", "KT", II", "AT")); 7 Domains verwenden CREATE DOMAIN mynumber as INTEGER DEFAULT 4712 CREATE TABLE emp ( id AS INTEGER NOT NULL, Hausnummer AS MYNUMBER, Name AS CHAR(200) ); 8 4

5 Domains ändern CREATE DOMAIN mynumber as INTEGER DEFAULT 4712 // Defaultwert ändern ALTER DOMAIN mynumber SET DEFAULT 4711 // // Domain löschen DOMAIN DROP mystudiengang 9 Tabellenstruktur ändern ALTER TABLE emp ADD gehalt float default ; ADD gehalt2 float NOT NULL; ALTER TABLE emp ADD PRIMARY KEY(empno); ALTER TABLE emp ADD CONSTRAINT chpreis CHECK(preis>0.0); ALTER TABLE emp DROP ; DROP TABLE emp DELETE FROM emp; 10 5

6 Daten einfügen INSERT INTO emp VALUES (Attr1, Attr2, Attr3,.Attr4..) INSERT INTO emp (Attr2, Attr3) VALUES (Attr2, Attr3) INSERT INTO emp (Attr2, Attr3) SELECT Attr2, Attr3 FROM emp2 WHERE deptno>122; 11 Daten ändern UPDATE emp SET salary= ; UPDATE emp SET salary1= , salary2= WHERE deptno IN (12,33,22); UPDATE emp SET salary=salary*2; 12 6

7 Daten löschen DELETE FROM emp ; DELETE FROM emp WHERE deptno IN (12,33,22); DELETE FROM emp WHERE salary<1000; 13 Datenredundanz? CREATE TABLE emp ( empno number(4), ename varchar2(10), salmonth number(7,2), salyear number(9,2) ) INSERT INTO emp VALUES (123, "Meier", , ); UPDATE emp SET salmonth=2100, SET salyear=25200 WHERE ename= "Meier ; 14 7

8 Datenredundanz verhindern mit COMPUTED BY CREATE TABLE emp ( empno number(4), first_name varchar2(30), last_name varchar2(40), salmonth number(7,2), salyear COMPUTED BY (salmonth*12), full_name COMPUTED BY (last_name ", " first_name) ) 15 SUBSELECT: 1. Variante Bestimme den Abteilungsnamen des Mitarbeiters Müller SELECT deptname FROM dept WHERE deptno = ( SELECT deptno FROM emp WHERE Ename="Müller" ); 16 8

9 SUBSELECT: 2. Variante Zeige alle Mitarbeiter mit dem Abteilungsnamen: SELECT ename, deptno, ( SELECT dname FROM dept WHERE e.deptno=deptno ) FROM emp e; SELECT full_name, dept_no, ( SELECT department FROM department WHERE e.dept_no=dept_no ) FROM employee e; 17 CASE Ermöglichen bedingte Abfragen in der Form einer IF-THEN-ELSE- Anweisung: CASE expr WHEN comparison_expr1 THEN return_expr1 WHEN comparison_expr2 THEN return_expr2 WHEN comparison_exprn THEN return_exprn ELSE else_expr END 18 9

10 CASE-Beispiel Alle Angestellte in der Abteilung VP sollen eine 10% Lohnerhöhung erhalten. Alle Angestellte in der Abteilung Eng erhalten eine 20% Lohnerhöhung SELECT last_name, last_name, job_code, job_code, salary, salary CASE job_code WHEN "VP" THEN (1.10*salary) WHEN "Eng" THEN (1.20*salary) ELSE salary END Neues_Gehalt FROM employee Update-SQL:? Vorlesungsübung 19 Einfügen einer neuen Spalte: ALTER TABLE EMPLOYEE ADD salnew DECIMAL(15,2) Alle Gehälter übernehmen: UPDATE employee SET salnew = salary; Gehaltserhöhung: UPDATE employee SET salnew=(1.10*salary) WHERE job_code = "VP" ; UPDATE employee SET salnew=(1.20*salary) WHERE job_code = Eng" ; 20 10

11 Mehrfach Operator ANY Der Mehrfach-Operator ANY vergleicht einen Wert mit jedem von einer Unterabfrage zurückgegebenen Wert. in der Hauptabfrage, ob die Datensätze in der ermittelten Menge enthalten sind. < ANY bedeutet weniger als das Maximum > ANY bedeutet mehr als das Minimum = ANY hat dieselbe Bedeutung wie IN 21 Mehrfach Operator ANY Beispiel: Gesucht sind die Mitarbeiter, die keine SRep sind, und ein geringeres Gehalt beziehen als einer der Mitarbeiter mit der Jobkennung SRep. SELECT emp_no, last_name, job_code, salary FROM employee WHERE salary < ANY ( SELECT salary FROM employee WHERE job_code = "SRep" ) AND job_code <> "SRep"; 22 11

12 Mehrfach Operator ALL Der Mehrfach-Operator ALL vergleicht einen Wert mit allen von einer Unterabfrage zurückgegebenen Werten in der Hauptabfrage, ob die Datensätze in der ermittelten Menge enthalten sind. > ALL bedeutet mehr als das Maximum < ALL bedeutet weniger als das Minimum 23 Mehrfach Operator ALL Beispiel: Gesucht sind die Mitarbeiter, die keine SRep sind, und deren Gehalt unter dem Gehalt aller Angestellten mit der Jobkennung SRep liegt. SELECT emp_no, last_name, job_code, salary FROM employee WHERE salary < ALL ( SELECT salary FROM employee WHERE job_code = "SRep" ) AND job_code <> "SRep"; 24 12

13 Tabellen verknüpfen Mit Hilfe von Operatoren werden normalisierte Tabellen verknüpft, so dass eine neue Virtuelle Tabelle erzeugt wird. Mögliche Varianten: Vereinigungsmenge Schnittmenge Differenzmenge JOIN, UNION INTERSECT MINUS 25 Einfacher JOINS Ein Verbund ist ein JOIN über mehrere Tabellen. Maximal kann man das kartesische Produkt erhalten. Beispiel: Anzeige der Mitarbeiter mit den Abteilungsnamen. SELECT FROM WHERE e.full_name, e.emp_no, e.dept_no, d.department employee e, department d e.dept_no = d.dept_no; // Kreuzprodukt SELECT e.full_name, e.emp_no, e.dept_no, d.department FROM employee e, department d 26 13

14 Typen von JOINS Cross-JOIN Theta-JOIN Inner-JOIN = Equi-JOIN Natural-JOIN Left-Outer-JOIN Right-Outer-JOIN Full-Outer-JOIN = Full-JOIN Semi-JOIN Self-JOIN 27 Beispieldatenbank JOIN.fdb EmpNo Last_Name First_Name 1 Jones Michael 2 Gates Bill 3 Smith Will 4 Lennon John EmpNo Phone

15 CREATE TABLE CREATE TABLE emp ( empno integer, last_name char(40), first_name char(40) ); CREATE TABLE phone ( empno integer, phone char(40) ); INSERT INTO INSERT INTO emp VALUES ( 1, 'Jones', 'Michael'); INSERT INTO emp VALUES ( 2, 'Gates', 'Bill'); INSERT INTO emp VALUES ( 3, 'Smith', 'Will'); INSERT INTO emp VALUES ( 4, 'Lennon', 'John'); INSERT INTO phone VALUES ( 1, 200); INSERT INTO phone VALUES ( 4, 300); INSERT INTO phone VALUES ( 5, 230); INSERT INTO phone VALUES ( 7, 450); 29 Cross-Join Gebildet wird das Kreuzprodukt. Kardanalität n x m. Im Beispiel: 16 Zeilen Theta-Join Aus dem Kreuzprodukt werden durch eine zusätzliche Bedingung die gültigen Einträge bestimmt. Beispiel: emp.empno < phone.empno Ergebnis: 11 Zeilen mod(a.nr,2) = mod(b.nr,2) A.Nr = B.Nr entspricht dem Equi-Join 30 15

16 Inner-Join Aus dem Kreuzprodukt werden durch eine interne bzw. externe Bedingung die gültigen Einträge bestimmt. Beispiel: // Hier doppelte Spalten, Ergebnis: 2 Zeilen SELECT * FROM emp, phone WHERE emp.empno = phone.empno; Natural-Join Entspricht dem Inner-Join, zusätzlich existieren KEINE doppelten Spalte. Beispiel: // Hier keine doppelte Spalten, Ergebnis: 2 Zeilen SELECT e.empno, e.last_name, e.first_name, p.phone FROM emp e, phone p WHERE e.empno = p.empno; 31 Left-Join Wieder ein Kreuzprodukt, aber von der linken (ersten) Tabellen werden alle Tupel in die neue Tabelle eingetragen (auch leere Einträge) Beispiel: SELECT e.empno Nr, e.last_name Mitarbeiter, p.phone Telefon from emp e LEFT OUTER JOIN phone p ON e.empno = p.empno; Nummer Mitarbeiter Telefon 1 Jones Gates <null> 3 Smith <null> 4 Lennon 300 Vorlesungsübung 32 16

17 Right-Join Wieder ein Kreuzprodukt, aber von der rechten (zweiten) Tabellen werden alle Tupel in die neue Tabelle eingetragen (auch leere Einträge) Beispiel: SELECT * from emp e RIGHT OUTER JOIN phone p ON e.empno = p.empno; EMPNO LAST_NAME FIRST_NAME EMPNO_1 PHONE 1 Jones Michael Lennon John <null> <null> <null> <null> <null> <null> Vorlesungsübung 33 Full-Outer-Join Wieder ein Kreuzprodukt, aber von der linke und rechten (ersten und zweiten) Tabellen werden alle Tupel in die neue Tabelle eingetragen (auch leere Einträge) Beispiel: SELECT * from emp e FULL OUTER JOIN phone p ON e.empno = p.empno; EMPNO LAST_NAME FIRST_NAME EMPNO_1 PHONE 1 Jones Michael Lennon John <null> <null> <null> <null> <null> <null> Gates Bill <null> <null> 3 Smith Will <null> <null> Vorlesungsübung 34 17

18 Semi-Join Einen Semi-Join erhält man durch einen Natural-Join (EQUI-Join, ein empno), bei dem dann nur die Spalten der ersten Tabelle angezeigt werden. EQUI-JOIN EMPNO LAST_NAME FIRST_NAME EMPNO_1 PHONE 1 Jones Michael Lennon John NATURAL-JOIN EMPNO LAST_NAME FIRST_NAME PHONE 1 Jones Michael Lennon John 300 SEMI-JOIN EMPNO LAST_NAME FIRST_NAME 1 Jones Michael 4 Lennon John 35 Self-Join Wieder ein Kreuzprodukt, aber von der gleichen Tabelle. Beispiel: Anzeige aller Mitarbeiter und deren Chefs (empno, mgr, ename) SELECT e1.empno, e1.mgr, e2.empno, e2.mgr, e2.ename from emp e1 INNER JOIN emp e2 ON e1.mgr = e2.mgr where e1.empno <> e2.empno order by e1.mgr 36 18

19 EMPNO MGR EMPNO_1 MGR_1 ENAME FORD SCOTT WARD WARD WARD WARD ALLEN ALLEN ALLEN ALLEN JAMES JAMES JAMES JAMES TURNER TURNER TURNER TURNER MARTIN MARTIN MARTIN MARTIN JONES JONES BLAKE BLAKE CLARK CLARK 37 JOIN Syntax ab SQL 99 Beispiele: INNER-JOIN SELECT * FROM emp e, phone p WHERE e.empno = p.empno; SELECT * FROM emp e INNER JOIN phone p ON e.empno = p.empno; SELECT a.a1, a.a2, c.a1, ca2 FROM tablea a INNER JOIN tableb b ON a.a1 = b.a2 INNER JOIN tablec c ON A.A3 = c.a1 ORDER BY c.a4; 38 19

20 Beispiele für JOINS Titel und Name Name und Abteilung Verkäufer und Artikel (Auto) Verkäufer und Kunde Name und Telefonnummer Name und Raum Name und Chef 39 Aggreatfunktionen Quelle:Oracle 40 20

21 Aggreatfunktionen Aggregatfunktionen werden auf Gruppen von Tupeln angewendet und geben pro Gruppe ein Ergebnis zurück. AVG COUNT MAX MIN STDDEV SUM VARIANCE 41 Aggreatfunktionen: Syntax Funktion AVG([DISTINCT ALL]n) COUNT({* [DISTINCT ALL]expr}) MAX([DISTINCT ALL]expr) MIN([DISTINCT ALL]expr) STDDEV([DISTINCT ALL]x) SUM([DISTINCT ALL]n) VARIANCE([DISTINCT ALL]x) Beschreibung Durchschnittswert von n-werten. NULL-Werte werden ignoriert. Anzahl der Zeilen, für die expr auf einen anderen Wert als einen NULL-Wert ausgewertet wird. (Alle mit * ausgewählten Zeilen zählen, einschließlich mehrfach vorhandener Zeilen und Zeilen mit NULL- Werten.) Höchster Wert von expr. NULL-Werte werden ignoriert. Kleinster Wert von expr. NULL-Werte werden ignoriert. Standardabweichung von n-werten. NULL-Werte werden ignoriert. Summe der Werte von n-werten. NULL-Werte werden ignoriert. Varianz von n-werten. NULL-Werte werden ignoriert

22 Aggreatfunktionen: Syntax SELECT [column,] group_function(column),... FROM table [WHERE condition] [GROUP BY column] [ORDER BY column]; Alle Spalten in der SELECT-Liste, die nicht in Gruppenfunktionen enthalten sind, müssen in der GROUP BY-Klausel angegeben werden. SELECT department_id, AVG(salary) FROM employees GROUP BY department_id ; 43 Richtlinien: Wenn Sie eine Gruppenfunktion in einer SELECT-Klausel angeben, können Sie nicht gleichzeitig einzelne Ergebnisse auswählen, es sei denn, die einzelne Spalte wird in der GROUP BY-Klausel angegeben. Mit einer WHERE-Klausel kann man Zeilen ausschließen, bevor die übrigen Zeilen in Gruppen aufgeteilt werden. Man muss die Spalten in der GROUP BY-Klausel angeben. Man kann dabei keine Spalten-Aliasnamen verwenden. Standardmäßig werden die Zeilen in aufsteigender Reihenfolge nach der in der GROUP BY-Liste angegebenen Spalten sortiert. Diese Sortierung kann man mit der ORDER BY-Klausel verändern

23 Null-Werte COUNT(*) gibt die Anzahl der Zeilen in einer Tabelle zurück. SELECT COUNT(*) FROM employees WHERE department_id = 50; COUNT(expr) gibt die Anzahl der Zeilen mit nicht leeren Werten für expr zurück. COUNT(DISTINCT expr) gibt die Anzahl der eindeutigen, nicht leeren Werte für expr zurück. Gruppenfunktionen ignorieren NULL-Werte in der Spalte. Die Funktion NVL zwingt Gruppenfunktionen, NULL-Werte einzubeziehen. 45 Unzulässige Abfragen mit Gruppenfunktionen Sie können die WHERE-Klausel nicht verwenden, um Gruppen einzuschränken. Sie verwenden die HAVING-Klausel, um Gruppen einzuschränken. Sie können keine Gruppenfunktionen in der WHERE-Klausel verwenden. SELECT department_id, AVG(salary) FROM FROM employees WHERE AVG(salary) > GROUP BY BY department_id; WHERE AVG(salary) > * ERROR at at line line 3: 3: ORA-00934: group function is is not not allowed here here Die WHERE-Klausel kann nicht verwenden werden, um Gruppen einzuschränken

24 Gruppenergebnisse filtern: WHERE / HAVING-Klausel Verwenden Sie die HAVING-Klausel, um Gruppen einzuschränken: 1. Die Tupel werden mit der WHERE-Bedingung ausgewählt 2. Die Zeilen werden gruppiert. 3. Die Gruppenfunktion wird angewandt. 4. Gruppen, die der HAVING-Klausel entsprechen, werden angezeigt. SELECT column, group_function FROM table [WHERE condition] [GROUP BY group_by_expression] [HAVING group_condition] [ORDER BY column]; 47 Beispiele: GROUP BY-Klauseln über mehrere Spalten verwenden SELECT department_id, job_id, SUM(salary) FROM employees GROUP BY department_id, job_id ; SELECT department_id, MAX(salary) FROM employees GROUP BY department_id HAVING MAX(salary)>10000 ; SELECT job_id, SUM(salary) PAYROLL FROM employees WHERE job_id NOT LIKE '%REP%' GROUP BY job_id HAVING SUM(salary) > ORDER BY SUM(salary); 48 24

25 Primary key, Foreign key, Secundary key Primary Key: Definiert den Hauptschlüssel der Tabelle. Jeder Entrag muss eindeutig sein. Es können auch mehrere Attribute sein. CREATE TABLE EMP ( id AS INTEGER NOT NULL, Hausnummer as mynumber default 123, Name as char(200), PRIMARY KEY (id) ); 49 Primary key, Foreign key, Secundary key Foreign Key: Definiert den Hauptschlüssel einer anderen Tabelle. Jeder Entrag muss eindeutig sein. Es können auch mehrere Attribute sein. Foreign-Tabelle muss vorher definiert sein! CREATE TABLE EMP ( id AS INTEGER NOT NULL, Hausnummer AS MYNUMBER DEFAULT 123, Name AS CHAR(200), deptno1 AS INTEGER NOT NULL, PRIMARY KEY (id) constraint emp_fk_emp foreign key (deptno1) references dept(deptno) ); 50 25

26 Primary key, Foreign key, Secundary key Foreign Key: Nachträgliche Definition CREATE TABLE EMP ( EMPNO INTEGER NOT NULL, ENAME CHAR(50), SAL NUMERIC(7,2), DEPTNO INTEGER NOT NULL, PRIMARY KEY (EMPNO) ); ALTER TABLE EMP ADD CONSTRAINT FK_DEPT_EMP FOREIGN KEY (DEPTNO) REFERENCES DEPT(DEPTNO); 51 Primary key, Foreign key, Secundary key Secundaray Key: Definiert ein Attribut oder mehrere Attribute, die untereinander eindeutig sein müssen. Erzwingt NOT NULL CREATE TABLE EMP ( id AS INTEGER NOT NULL, Name AS CHAR(200) NOT NULL, Job AS INTEGER NOT NULL, deptno AS INTEGER NOT NULL, PRIMARY KEY (id) UNIQUE sec_key_job_name (Name, Job) ); 52 26

27 Primary key, Foreign key, Secondary key Weitere Syntaxbeispiele: ALTER TABLE tablename ADD PRIMARY KEY (A1, A2); ALTER TABLE tablename DROP PRIMARY KEY; ALTER TABLE tablename ADD FOREIGN KEY (A1) REFERENCES tablename2(b4, B6); ALTER TABLE tablename ADD CONSTRAINT name_des_fk FOREIGN KEY (A1) REFERENCES tablname2(b4, B6); ALTER TABLE tablename DROP FOREIGN KEY; ALTER TABLE tablename ADD UNIQUE name (A1, A2); ALTER TABLE tablename DROP INDEX name; 53 INDIZES Indizes beschleunigen meistens den Zugriff auf große Datenbestände. Sie werden mittels B*-Bäume verwaltet. Sie können an- und ausgeschaltet werden. Indizes werden bei Primär-Schlüsseln automatisch gesetzt. Sie müssen mitverwaltet werden. Sollten nur bei häufig benutzen Feldern und großen Tabellen gesetzt werden. CREATE TABLE emp ( id AS INTEGER NOT NULL, Name AS CHAR(200) NOT NULL, Job AS INTEGER NOT NULL, PRIMARY KEY (id) ); CREATE ASC INDEX idx_name ON emp (Name); CREATE ASC INDEX idx_namevorname ON emp (Name,Vorname); DROP INDEX idx_name ON emp; ALTER INDEX idx_name INACTIVE ACTIVE 54 27

28 CONSTRAINTS Constraints sind Zusatzbedingungen, die erfüllt sein müssen, damit Daten in die Datenbank geschrieben, gelöscht oder verändert werden können. 1. Beispiel: Das Datum der Bestellung muss ab dem Jahr 2000 sein. ALTER TABLE bestellung ADD ct_year CHECK (YEAR >= 2000) 2. Beispiel: Der Studiengang eines Studenten nur aus KI, II, WI, KT bestehen. ALTER TABLE student ADD CONSTRAINT ct_stdgang CHECK (studiengang in ('IB', 'KI, 'II', 'WI', 'KT')); 55 CONSTRAINTS 3. Beispiel: Die Bestellmenge muss immer größer Null sein. ALTER TABLE SALES ADD CONSTRAINT ct_sales CHECK (qty_ordered >= 1) 4. Beispiel: Die Postleitzahl muss immer fünfstellig sein CHECK ( ( PLZ>=1000) AND (PLZ<=99999) ) Vorlesungsübung 56 28

29 VIEWS Mit Hilfe einer SELCT-Anweisung werden neue virtuelle Tabellen aus einer Datenbank erzeugt. Diese müssen nur einmal eingegeben werden. Abhilfe: Erzeugen einer virtuelle Tabellen mittels eines Views. Vorteil: Einmal definiert Pro Gruppe definierbar (UNummer, MatrNr, Name) Abfragen können auf Sichten durchgeführt werden Änderungen? Es können keine Spalten eingefügt werden. 57 VIEWS Syntax / Beispiel: CREATE VIEW v_student_dozent AS SELECT matrnr, studiengang, note1, note2, note3 FROM student SELECT * FROM v_student_dozent; Nicht möglich in der Definition sind: GROUP BY ORDER BY UNION 58 29

30 VIEWS Beispiel Mitarbeitertabelle pro Abteilung: CREATE VIEW v_emp_dept_10 AS SELECT empno, ename, deptno FROM emp WHERE deptno = 10; Beispiel JOIN: CREATE VIEW v_emp_dept AS SELECT empno, ename, e.deptno, dname FROM emp e INNER JOIN dept d ON e.deptno = d.deptno; Abfrage: select * from v_emp_dept; 59 /* Domain definitions */ CREATE DOMAIN "MYNAME" AS CHAR(200); Create Table emp ( Vorname MyName, Name MyName, Gehalt Numeric(7,2), // DOUBLE PRECISION, Datum date ) 60 30

31 Bedingungen ALTER TABLE emp ADD CONSTRAINT chgehalt CHECK ( gehalt> ); ALTER TABLE emp ADD CONSTRAINT chname CHECK ( strlen(rtrim(name))>3 ); ALTER TABLE emp ADD CONSTRAINT chname CHECK ( strlen(name)>3 ); // VarChar 61 31