Grundlagen: Datenbanken - Cheatsheet.pdf

Relationale Datenbankmodelle

Definition:

Modell zur strukturierten Speicherung und Abfrage von Daten durch Tabellen (Relationen), Spalten (Attribute) und Zeilen (Tupel).

Details:

• Datenbankstruktur basiert auf mathematischer Theorie der Relationen
• Schlüsselkriterien: Primärschlüssel, Fremdschlüssel
• Mengenoperationen: Projektion, Selektion, Joins, Vereinigungen
• Datenintegrität durch Constraints sichergestellt
• SQL (Structured Query Language) zur Abfrage und Manipulation verwendet

Normalisierung

Definition:

Normalisierung: Prozess der Organisation von Daten in einer relationalen Datenbank zur Reduktion von Redundanzen und Vermeidung von Anomalien.

Details:

• Ziel: Strukturierung der Daten in sinnvolle Tabellen zur Sicherstellung der Datenintegrität.
• 1. Normalform: Beseitigung von Redundanzen – jedes Attribut enthält nur atomare Werte.
• 2. Normalform: Einhaltung der 1. NF und keine partiellen Abhängigkeiten zwischen Attributen und Schlüssel.
• 3. Normalform: Einhaltung der 2. NF und keine transitiven Abhängigkeiten zwischen Nicht-Schlüsselattributen.
• Boyce-Codd-NF (BCNF): Einhaltung der 3. NF und jedes Determinante ist ein Superschlüssel.
• Normalisierung reduziert Daten-Anomalien wie Einfüge-, Lösch- und Änderungsanomalien.

Joins und Subqueries in SQL

Definition:

Verwende Joins und Subqueries, um Daten aus mehreren Tabellen zu kombinieren und komplexere Abfragen zu ermöglichen.

Details:

• Joins: Kombinieren Daten aus mehreren Tabellen basierend auf einem verwandten Attribut.
• Arten von Joins:
• INNER JOIN: Gibt nur übereinstimmende Datensätze zurück.
• LEFT JOIN: Gibt alle Datensätze aus der linken Tabelle und die übereinstimmenden aus der rechten Tabelle zurück.
• RIGHT JOIN: Gibt alle Datensätze aus der rechten Tabelle und die übereinstimmenden aus der linken Tabelle zurück.
• FULL OUTER JOIN: Gibt alle Datensätze zurück, wenn ein Match in einer der Tabellen gefunden wird.
• Subqueries: Eine Abfrage innerhalb einer anderen Abfrage, liefert Zwischenresultate.
• Verwendung von Subqueries:
• Im SELECT-Statement:

  SELECT ... (SELECT ...)

• Im FROM-Statement:

  SELECT ... FROM (SELECT ...)

• Im WHERE-Statement:

  SELECT ... WHERE ... IN (SELECT ...)

• Beispiele:
• INNER JOIN:

  SELECT * FROM T1 INNER JOIN T2 ON T1.id = T2.id;

• Subquery im WHERE-Statement:

  SELECT * FROM T1 WHERE T1.id IN (SELECT id FROM T2 WHERE T2.condition);

ACID-Prinzipien

Definition:

ACID-Prinzipien dienen zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit von Datenbanktransaktionen:

Details:

• Atomicity: Transaktionen sind unteilbar (\textit{alles oder nichts}).
• Consistency: Transaktionen führen die Datenbank von einem konsistenten Zustand in einen anderen.
• Isolation: Transaktionen sind voneinander unabhängig.
• Durability: Einmal abgeschlossene Transaktionen bleiben dauerhaft gespeichert.

NoSQL Kategorisierung

Definition:

Einteilung von NoSQL-Datenbanken in verschiedene Kategorien je nach ihrem Datenmodell und ihren Anwendungsfällen.

Details:

• Dokumentbasierte Datenbanken: Speichern Daten im JSON-Format (z.B. MongoDB, CouchDB)
• Key-Value-Stores: Speichern Paare von Schlüssel und Wert (z.B. Redis, Riak)
• Spaltenorientierte Datenbanken: Daten in Spalten statt Zeilen gespeichert (z.B. Cassandra, HBase)
• Graphdatenbanken: Speichern Daten als Knoten und Kanten (z.B. Neo4j, ArangoDB)

Entity-Relationship-Modelle

Definition:

Entität-Typen und deren Beziehungen modellieren

Details:

• Bestandteile: Entitäten, Attribute, Beziehungen
• Entität: Objekt der realen Welt
• Attribut: Eigenschaften einer Entität
• Beziehung (Relationship): Assoziation zwischen Entitäten
• Kardinalitäten: 1:1, 1:N, N:M
• Schlüsselattribute: eindeutige Identifizierung von Entitäten
• Chen-Notation: Standard-Darstellung

Transaktionsverwaltung

Definition:

Verantwortlich für die Sicherstellung der ACID-Eigenschaften (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) in Datenbanktransaktionen.

Details:

• Atomicity: Transaktionen werden vollständig ausgeführt oder gar nicht (alles-oder-nichts-Prinzip).
• Consistency: Transaktionen führen die Datenbank von einem konsistenten Zustand in einen anderen.
• Isolation: Parallel ausgeführte Transaktionen beeinflussen sich nicht gegenseitig.
• Durability: Nach erfolgreichem Abschluss einer Transaktion bleiben die Änderungen dauerhaft gespeichert, auch bei Systemausfällen.
• Verwendet Mechanismen wie Sperren, Logs und Wiederherstellungsstrategien.
• Isolation Levels: Read Uncommitted, Read Committed, Repeatable Read, Serializable.
• Two-Phase Commit Protocol für verteilte Transaktionen.

Datenkonsistenz und Integritätsbedingungen

Definition:

Datenkonsistenz stellt sicher, dass Daten korrekt und fehlerfrei sind; Integritätsbedingungen gewährleisten, dass die gespeicherten Daten den definierten Regeln entsprechen.

Details:

• Konsistenz: Daten dürfen nach einer Transaktion nicht inkonsistent sein.
• Integritätsbedingungen:
• Schlüsselintegrität: Primärschlüssel müssen eindeutig sein.
• Referentielle Integrität: Fremdschlüssel müssen auf existierende Primärschlüssel verweisen.
• Domänenintegrität: Werte müssen dem definierten Datentyp entsprechen.
• Benutzerdefinierte Integrität: Anwendungsbezogene Bedingungen.