Datenbank Praxis - Cheatsheet

SQL-Abfragen: Joins und Sub-Abfragen

Definition:

Verknüpfung von Tabellen (Joins) und Einsatz von Unterabfragen zur Erstellung komplexer SQL-Abfragen.

Details:

• Joins: Kombinieren Daten aus mehreren Tabellen basierend auf einer verwandten Spalte.
• INNER JOIN: Gibt nur übereinstimmende Datensätze zurück.
• LEFT JOIN: Gibt alle Datensätze aus der linken Tabelle und die übereinstimmenden aus der rechten zurück; fehlende Werte als NULL.
• RIGHT JOIN: Umgekehrt zu LEFT JOIN.
• FULL JOIN: Gibt alle Datensätze zurück, wenn es eine Übereinstimmung in einer der beiden Tabellen gibt; fehlende Werte als NULL.
• Sub-Abfragen: Eine Abfrage, die in einer anderen Abfrage (Verschachtelung) enthalten ist.
• Scalar Subqueries: Rückgabe eines einzelnen Werts.
• Correlated Subqueries: Die innere Abfrage bezieht sich auf eine Spalte der äußeren Abfrage.
• Non-correlated Subqueries: Unabhängige Unterabfrage, die nur einmal ausgeführt wird.

Datenbankobjekte erstellen und verwalten

Definition:

Erstellung und Verwaltung von Datenbankobjekten wie Tabellen, Views, Indizes, Prozeduren und Triggern.

Details:

• Tabellen (\texttt{CREATE TABLE}): Struktur definieren, z.B. Spaltennamen, Datentypen
• Views (\texttt{CREATE VIEW}): Virtuelle Tabellen basierend auf SQL-Abfragen
• Indizes (\texttt{CREATE INDEX}): Verbesserung der Abfragegeschwindigkeit
• Prozeduren (\texttt{CREATE PROCEDURE}): Wiederverwendbare Codeblöcke für bestimmte Aktionen
• Trigger (\texttt{CREATE TRIGGER}): Automatische Ausführung von Code bei bestimmten Ereignissen
• Zugriffsrechte (\texttt{GRANT}, \texttt{REVOKE}): Benutzerrechte verwalten

ER-Diagramme und relationales Datenbankmodell

Definition:

Visuelle Darstellung von Datenbankstrukturen und deren Beziehungen; Basis für das relationale Schema von Datenbanken.

Details:

• Entitäten (Rechtecke) und Beziehungen (Rauten)
• Attribute (Ellipsen) und Primärschlüssel (unterstrichen)
• Kardinalität: 1:1, 1:N, N:M
• Relationales Modell: Tabellen mit Zeilen (Tupeln) und Spalten (Attributen)
• Primärschlüssel \textit{PK}, Fremdschlüssel \textit{FK}

Schema Design und Constraints

Definition:

Schema-Design umfasst die Strukturierung einer Datenbank, um Daten effizient zu verwalten; Constraints setzen Schranken für erlaubte Werte und Beziehungen in der Datenbank.

Details:

• Normalisierung: Zerlegung von Tabellen, um Redundanz zu vermeiden. Formen: 1NF, 2NF, 3NF, BCNF.
• Primärschlüssel (\texttt{PRIMARY KEY}): Eindeutige Identifikation einer Tabellenzeile.
• Fremdschlüssel (\texttt{FOREIGN KEY}): Sicherstellung von referenzieller Integrität zwischen Tabellen.
• Einzigartigkeit (\texttt{UNIQUE}): Keine doppelten Werte in einer Spalte erlaubt.
• Nicht-Null (\texttt{NOT NULL}): Keine Nullwerte in einer Spalte erlaubt.
• Standardwerte (\texttt{DEFAULT}): Vorgabewerte für Spalten, falls kein Wert eingefügt wird.

ACID-Eigenschaften und Transaktionsmanagement

Definition:

ACID-Eigenschaften: Atomarität, Konsistenz, Isolation, Dauerhaftigkeit. Transaktionsmanagement: Verwaltung und Überwachung von Transaktionen in einer Datenbank

Details:

• Atomarität (Atomicity): Alle Operationen einer Transaktion werden vollständig ausgeführt oder gar nicht
• Konsistenz (Consistency): Der Systemzustand bleibt konsistent nach Transaktionsabschluss
• Isolation (Isolation): Transaktionen beeinflussen sich gegenseitig nicht
• Dauerhaftigkeit (Durability): Nach Abschluss der Transaktion bleiben die Änderungen dauerhaft gespeichert
• Transaktionsverwaltung: Überwachung durch Commit und Rollback
• Protokollierung: Wichtiger Teil als Schutz vor Systemausfällen (Logging, Journaling)

Isolationsstufen und Locking-Mechanismen

Definition:

Isolationsstufen bestimmen, wie Transaktionen voneinander abgegrenzt werden und Locking-Mechanismen verhindern, dass mehrere Transaktionen gleichzeitig auf die gleichen Daten zugreifen.

Details:

• Isolationsstufen: Read Uncommitted, Read Committed, Repeatable Read, Serializable
• Read Uncommitted: keine Sperren, dirty reads möglich
• Read Committed: Sperren bei Lesezugriff, keine dirty reads
• Repeatable Read: Sperren für die Dauer der Transaktion, keine non-repeatable reads
• Serializable: höchsten Isolation, vollständig serialisierbare Transaktionen
• Locking-Arten: Shared Lock (S), Exclusive Lock (X)
• Shared Lock: erlaubt anderen Transaktionen ebenfalls Lesezugriff
• Exclusive Lock: blockiert alle anderen Zugriffe
• Deadlocks: gegenseitiges Blockieren von Transaktionen durch unaufgelöste Sperren
• Deadlock-Vermeidung: Wait-Die- oder Wound-Wait-Schema

Indexierung und Abfrageoptimierung

Definition:

Indexierung beschleunigt den Datenzugriff, Abfrageoptimierung verbessert die Effizienz von Datenbankanfragen.

Details:

• Indexierungstypen: B-Bäume, Hash-Indizes
• Abfrageoptimierer wählt besten Ausführungsplan für SQL-Queries
• Kostenbasierte Optimierung: Bewertet Ausführungspläne nach I/O, CPU
• Heuristische Optimierung: Regelbasierte Technik
• Wichtige SQL-Befehle: EXPLAIN, ANALYZE
• Normalisierung vs. Denormalisierung: Balance zwischen Speicherplatz und Geschwindigkeit finden

Datenbankperformance: Überwachung und Diagnosetools

Definition:

Überwachung und Diagnose von Datenbankleistung zur Identifizierung und Lösung von Performance-Problemen

Details:

• Monitoring-Tools: Erfassen und Protokollieren von Leistungsmetriken (z.B. CPU-Auslastung, Speicherverbrauch, I/O-Operationen)
• Diagnosetools: Analysieren von Abfrageausführungsplänen und Ermitteln von Engpässen
• Indikatoren: Latenzzeiten, Durchsatz, Sperrkonflikte
• Verwendung von SQL-Tracing, Profiler und Performance-Schema
• Proaktive und reaktive Ansätze zur Leistungsoptimierung