Datenbank

Was ist eine Datenbank?

Eine Datenbank ist eine Sammlung von strukturierten Informationen oder Daten, die elektronisch gespeichert wird. Die Daten können vielfältiger Natur sein, von einfachen Textinformationen bis hin zu komplexen Multimedia-Inhalten.

Datenbanken werden über ein Datenbankmanagementsystem (DBMS) verwaltet, das die Schnittstelle zwischen den gespeicherten Daten und dem Benutzer oder der Anwendung bereitstellt. Bekannte DBMS sind Oracle, MySQL und PostgreSQL.

Wichtige Merkmale einer Datenbank sind:

• Integrität: Die Daten sind genau und konsistent.
• Sicherheit: Nur autorisierte Benutzer können auf die Daten zugreifen.
• Effizienz: Schnelle und effiziente Abfragen, auch bei großen Datenmengen.

Unterschiede zwischen Datenbanken und Dateisystemen

Der Unterschied zwischen Datenbanken und Dateisystemen liegt in der Art, wie die Daten organisiert und abgerufen werden. Während ein Dateisystem die Daten sequenziell und ohne komplexe Beziehungen speichert, erlaubt eine Datenbank den Zugriff auf Daten anhand vordefinierter Beziehungen.

Einige wesentliche Unterschiede umfassen:

• Abfragen: Datenbanken verwenden Abfragesprachen wie SQL (Structured Query Language), um Daten effizient zu suchen und zu filtern.
• Datenintegrität: Datenbanken bieten Mechanismen zur Sicherstellung der Datenkonsistenz, was in Dateisystemen manuell erfolgen muss.
• Zugriffskontrolle: In Datenbanken ist der Zugriff detailliert steuerbar, während Dateisysteme meist nur grundlegende Zugriffsrechte bieten.

Relationale Datenbank: Grundlagen

Relationale Datenbanken sind die am weitesten verbreitete Form von Datenbanken. Sie nutzen ein tabellenbasiertes Format, um Daten in Zeilen und Spalten zu organisieren. Jede Tabelle beschreibt eine Entität, zum Beispiel Studenten oder Kurse.

Die wichtigsten Merkmale einer relationalen Datenbank:

• Tabellen: Alle Daten sind in Tabellen organisiert.
• Beziehungen: Tabellen sind über Primär- und Fremdschlüssel verbunden.
• SQL: Die Abfragesprache SQL ermöglicht es, auf die Datenbank zuzugreifen, sie zu manipulieren und auszuwerten.

Beispiel für eine SQL-Abfrage:

 SELECT * FROM Studenten WHERE Kurs = 'Informatik'; 

SQL Grundlagen in Datenbanken

SQL, oder Structured Query Language, ist eine Standardsprache zur Verwaltung von Daten in einer relationalen Datenbank. Sie ermöglicht das Erstellen, Ändern und Abfragen von Daten auf effiziente Weise.

Einführung in SQL

SQL ist eine deklarative Sprache, die genutzt wird, um Datenbankstrukturen zu definieren und zu manipulieren. Sie ist nicht-prozedural, das heißt, Du beschreibst was Du erreichen möchtest, nicht wie es erreicht werden soll. SQL operiert hauptsächlich mit Befehlen, die in Kategorien wie DML (Data Manipulation Language), DDL (Data Definition Language) und DCL (Data Control Language) unterteilt sind.

Einige grundlegenden Konzepte der SQL-Syntax beinhalten:

• SELECT: Um Daten aus einer oder mehreren Tabellen auszuwählen.
• INSERT: Zum Hinzufügen neuer Datensätze in eine Tabelle.
• UPDATE: Zum Ändern bestehender Daten in einer Tabelle.
• DELETE: Zum Entfernen von Daten aus einer Tabelle.

Wichtige SQL-Befehle

Die effektive Nutzung von SQL hängt von der Kenntnis und Anwendung der wichtigen Befehle ab. SQL-Befehle lassen sich leicht erlernen und bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Manipulation und Abfrage von Daten.

Einige der am häufigst genutzten SQL-Befehle umfassen:

• CREATE TABLE: Erstellt eine neue Tabelle in der Datenbank.
• ALTER TABLE: Modifiziert die Struktur einer bestehenden Tabelle.
• DROP TABLE: Entfernt eine Tabelle und ihre Daten aus der Datenbank.
• INSERT INTO: Fügt neue Datensätze in eine Tabelle ein.
• SELECT: Ruft gespeicherte Daten ab.

Beispiel für einen SELECT-Befehl:

 SELECT Nachname, Vorname FROM Studenten WHERE Kurs = 'Informatik'; 

 CREATE TABLE Projekte ( ID INT PRIMARY KEY, Name VARCHAR(100), Startdatum DATE ); 

SQL zur Manipulation von Daten

SQL bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Manipulation von Daten innerhalb einer Datenbank. Diese Manipulation ist Teil der DML-Kategorie (Data Manipulation Language) von SQL-Befehlen.

Die wichtigsten DML-Befehle umfassen:

• INSERT: Zum Einfügen neuer Datensätze in Tabellen.
• UPDATE: Um bestehende Dateneinträge zu aktualisieren oder zu verändern.
• DELETE: Zum Entfernen von Einträgen aus einer Tabelle.

Zum Beispiel, um die Adresse eines Studenten zu aktualisieren, könnte folgender SQL-Befehl verwendet werden:

 UPDATE Studenten SET Adresse = 'Neue Straße 10' WHERE StudentenID = 1234; 

 BEGIN; UPDATE Konten SET Guthaben = Guthaben - 100 WHERE KontoNr = 1234; UPDATE Konten SET Guthaben = Guthaben + 100 WHERE KontoNr = 5678; COMMIT; 

Relationale Datenbanktechniken

Relationale Datenbanktechniken sind entscheidend, um die Effizienz und Konsistenz von Datenbanken zu gewährleisten. Sie umfassen verschiedene Methoden und Praktiken, von der Optimierung der Datenbankstruktur bis hin zur Verbesserung der Abfragegeschwindigkeit.

Normalisierung von Datenbanken

Die Normalisierung von Datenbanken ist ein essenzieller Prozess. Ziel ist es, die Datenbankstruktur so zu gestalten, dass Redundanz vermieden und Datenintegrität sichergestellt wird. Dies wird durch die Anwendung von Normalformen erreicht, die in Niveaus von Einfachheit und Abhängigkeit organisiert sind.

Eine Datenbank wird normalerweise durch verschiedene Normalformen strukturiert, wie die erste Normalform (1NF), die zweite Normalform (2NF), und die dritte Normalform (3NF). Jede dieser Formen hat spezifische Kriterien, die erfüllt werden müssen, um die Datenbank effizient und konsistent zu halten.

 Kunden   | Bestellungen -------  | ------------- KundenID | BestellID Name     | KundenID Adresse  | Produkt 

Joins in relationalen Datenbanken

Joins in relationalen Datenbanken sind essenziell, um Daten aus mehreren Tabellen zu kombinieren. Die häufigsten Arten von Joins sind INNER JOIN, LEFT JOIN, RIGHT JOIN und FULL JOIN. Sie bestimmen, wie die Daten verknüpft und zurückgegeben werden.

Verwendung von INNER JOIN:

 SELECT Kunden.Name, Bestellungen.Produkt FROM Kunden INNER JOIN Bestellungen ON Kunden.KundenID = Bestellungen.KundenID; 

Indexierung und Performance-Optimierung

Die Indexierung ist ein entscheidender Prozess zur Verbesserung der Abfragegeschwindigkeit in Datenbanken. Ein Index funktioniert ähnlich wie ein Buchindex: Er erlaubt das schnelle Auffinden spezifischer Daten ohne eine komplette Tabellensuche.

Indexierungsmethoden umfassen:

• B-Baum-Indexe: Geeignet für Bereiche von Daten und relativ gleichmäßig verteilte Abfragen.
• Hash-Indexe: Nützlich bei genauen Übereinstimmungen.

Ein Beispiel für das Erstellen eines Index in SQL:

 CREATE INDEX kunden_name_index ON Kunden(Name); 

Praktische Datenbankübungen

Praktische Datenbankübungen bieten Dir die Möglichkeit, theoretisches Wissen in die Praxis umzusetzen. Solche Übungen helfen, die Konzepte der Datenbankverwaltung besser zu verstehen und anzuwenden.

Erstellen einer einfachen Datenbank

Das Erstellen einer einfachen Datenbank ist ein grundlegender Schritt im Arbeiten mit Datenbanken. Es beginnt mit der Definition der Struktur und umfasst die Erstellung von Tabellen und den Eingabedaten.

Zum Erstellen einer Tabelle in SQL könntest Du Folgendes nutzen:

 CREATE TABLE Studenten ( ID INT PRIMARY KEY, Name VARCHAR(100), Kurs VARCHAR(50) ); 

Wichtige Schritte beim Erstellen einer Datenbank:

• Definiere die Anforderungen und Ziele Deiner Datenbank.
• Entwerfe ein logisches Datenmodell.
• Erstelle Tabellen mit den erforderlichen Eigenschaften (z.B. Datentypen, Schlüssel).

 CREATE TABLE Bücher ( ID INT PRIMARY KEY, Titel VARCHAR(200), AutorID INT, Preis DECIMAL(5,2) ); CREATE TABLE Autoren ( ID INT PRIMARY KEY, Name VARCHAR(100) ); CREATE TABLE Kunden ( ID INT PRIMARY KEY, Name VARCHAR(100), Email VARCHAR(50) ); 

Durchführung von SQL-Abfragen

SQL-Abfragen werden verwendet, um Daten aus der Datenbank abzurufen, zu manipulieren und zu analysieren. Sie ermöglichen eine flexible und leistungsfähige Datennutzung.

Hier ein einfaches Beispiel für eine SQL-Abfrage, die alle Einträge einer Tabelle anzeigt:

 SELECT * FROM Studenten; 

Weitere häufige Abfragen umfassen:

• Aktualisieren von Daten mit UPDATE
• Löschen von Daten mit DELETE
• Filtern von Daten mit WHERE

Verwendung der WHERE-Klausel zur Einschränkung der zurückgegebenen Datensätze:

 SELECT Name, Kurs FROM Studenten WHERE Kurs = 'Informatik'; 

 SELECT Bücher.Titel, Autoren.Name FROM Bücher INNER JOIN Autoren ON Bücher.AutorID = Autoren.ID; 

Analysieren und Optimieren bestehender Datenbanken

Die Analyse und Optimierung bestehender Datenbanken ist entscheidend, um die Leistungsfähigkeit und Effizienz sicherzustellen. Durch regelmäßige Überprüfungen können Engpässe identifiziert und Lösungen implementiert werden.

Wichtige Schritte bei der Optimierung:

• Überprüfen der Abfragegeschwindigkeit und der Indexnutzung.
• Identifizieren und Eliminieren von Redundanzen.
• Entwicklung und Implementierung von Backup-Plänen.

Zur Optimierung der Abfragen kann die Verwendung von Indexen eine signifikante Verbesserung bewirken:

 CREATE INDEX idx_kurs ON Studenten(Kurs);