Datenbanken & SQL: Übungsfragen mit Erklärungen

1Was eine relationale Datenbank ist

Eine relationale Datenbank speichert Daten in Tabellen. Eine Tabelle sieht aus wie eine Tabellenkalkulation: Jede Zeile ist ein Datensatz, jede Spalte eine Eigenschaft.

Ein Geschäft könnte eine Tabelle customers mit den Spalten id, name und city haben und eine Tabelle orders mit den Spalten id, customer_id und total.

Ein Primärschlüssel ist eine Spalte oder eine Gruppe von Spalten, die jede Zeile eindeutig identifiziert. Er darf nie wiederholt werden und nie leer sein. Hier ist das die id jeder Tabelle.

Ein Fremdschlüssel ist eine Spalte, die auf den Primärschlüssel einer anderen Tabelle verweist. In orders sagt customer_id, welcher Kunde die Bestellung aufgegeben hat.

So sind Tabellen verknüpft: Ein Kunde kann viele Bestellungen haben, aber jede Bestellung gehört zu einem Kunden. Das ist eine 1:n-Beziehung (one-to-many).

SQL (Structured Query Language) ist die Sprache, mit der du Tabellen anlegst, Daten änderst und Fragen dazu stellst.

2Daten lesen mit SELECT

Die meisten Fragen betreffen die Anweisung SELECT. Sie besteht aus Klauseln, die immer in dieser Reihenfolge geschrieben werden:

• SELECT listet die gewünschten Spalten auf. DISTINCT entfernt doppelte Zeilen.
• FROM nennt die Tabelle oder die verknüpften Tabellen.
• WHERE behält nur die Zeilen, die eine Bedingung erfüllen, zum Beispiel WHERE total > 20.
• GROUP BY fasst Zeilen mit demselben Wert zu einer Gruppe zusammen, sodass du pro Gruppe zählen oder addieren kannst.
• HAVING behält nur die Gruppen, die eine Bedingung erfüllen. Es darf Aggregate verwenden, was WHERE nicht darf.
• ORDER BY sortiert das Ergebnis, standardmäßig aufsteigend; füge DESC hinzu, um den höchsten Wert zuerst zu erhalten.

Die Aggregatfunktionen fassen viele Zeilen zu einem Wert zusammen: COUNT, SUM, AVG, MIN und MAX.

Die Datenbank führt die Klauseln nicht in der Reihenfolge aus, in der du sie schreibst. Sie führt zuerst FROM aus, dann WHERE, GROUP BY, HAVING, SELECT und zuletzt ORDER BY.

Andere Anweisungen verändern Daten: INSERT fügt Zeilen hinzu, UPDATE ändert Zeilen und DELETE entfernt Zeilen. CREATE, ALTER und DROP verändern die Tabellen selbst.

3Joins, Normalisierung und Transaktionen

Ein Join verbindet Zeilen zweier Tabellen anhand einer Bedingung, meist Fremdschlüssel = Primärschlüssel:

• INNER JOIN (oder JOIN) behält nur Zeilen, die in beiden Tabellen einen Treffer haben.
• LEFT JOIN behält jede Zeile der linken Tabelle. Gibt es keinen Treffer, sind die Spalten der rechten Tabelle NULL.
• NULL bedeutet, dass ein Wert fehlt oder unbekannt ist. Prüfe ihn mit IS NULL, nie mit = NULL.

Die Normalisierung teilt Tabellen so auf, dass jede Tatsache nur einmal gespeichert wird. Das vermeidet, dieselbe Tatsache an mehreren Stellen zu aktualisieren.

• 1NF: Jede Zelle enthält einen atomaren Wert, ohne Wiederholungsgruppen.
• 2NF: 1NF, und jede Nichtschlüsselspalte hängt vom ganzen Schlüssel ab, nicht von einem Teil eines zusammengesetzten Schlüssels.
• 3NF: 2NF, und keine Nichtschlüsselspalte hängt von einer anderen Nichtschlüsselspalte ab.

Eine Transaktion fasst Anweisungen zu einer Einheit zusammen. COMMIT macht sie dauerhaft, und ROLLBACK macht sie rückgängig. Transaktionen folgen ACID: Atomarität (alles oder nichts), Konsistenz, Isolation und Dauerhaftigkeit.

4Das Verfahren Schritt für Schritt

Um eine Abfrage zu schreiben oder herauszufinden, was eine gegebene Abfrage liefert:

1. Finde die Tabellen, die die Daten enthalten, und wie sie über Schlüssel verknüpft sind.
2. Schreibe FROM mit den Joins. Wähle LEFT JOIN, wenn Zeilen ohne Treffer erhalten bleiben müssen.
3. Füge WHERE für Bedingungen an einzelne Zeilen hinzu.
4. Sagt die Frage „pro“ oder „für jeden“, füge GROUP BY und das Aggregat hinzu.
5. Füge HAVING für Bedingungen an das Aggregat hinzu, dann ORDER BY, wenn die Reihenfolge wichtig ist.
6. Prüfe das Ergebnis an einem kleinen Beispiel: Liste die Zeilen nach jeder Klausel auf, in der Reihenfolge, in der die Datenbank sie ausführt.

Benenne bei einer Theoriefrage zuerst das Konzept (ein Schlüssel, eine Join-Art, eine Normalform, eine ACID-Eigenschaft) und wähle dann die Option, die zu seiner Definition passt.

5Ein durchgerechnetes Beispiel

Folge jedem Schritt. Versuche, den nächsten vorherzusagen, bevor du ihn öffnest.

6Häufige Fehler

• Ein Aggregat in WHERE verwenden. Bedingungen an COUNT, SUM oder AVG gehören in HAVING.
• = NULL schreiben. Jeder Vergleich mit NULL ist unbekannt; verwende IS NULL oder IS NOT NULL.
• Einen INNER JOIN verwenden, wenn Zeilen ohne Treffer erhalten bleiben müssen. Verwende einen LEFT JOIN.
• Die Join-Bedingung vergessen. Ohne ON wird jede Zeile mit jeder Zeile gepaart (ein Kreuzprodukt, cross join).
• Eine Spalte auswählen, die weder in GROUP BY steht noch in einem Aggregat verwendet wird.
• DELETE (entfernt Zeilen) und DROP TABLE (entfernt die ganze Tabelle) verwechseln.
• UPDATE oder DELETE ohne WHERE ausführen. Es ändert jede Zeile der Tabelle.

7So sehen Prüfungsaufgaben aus

• Leicht: Begriffe und Fakten. Was SELECT, WHERE, ORDER BY oder DELETE tun, Primär- und Fremdschlüssel, was NULL bedeutet.
• Mittel: Anwendung der Konzepte. Die richtige Abfrage für eine Aufgabe, WHERE gegenüber HAVING, innere gegenüber äußeren Joins, die Normalformen, ACID.
• Schwer: Fälle und Analyse. Unterabfragen, Isolationsstufen und ihre Anomalien, BCNF, Fensterfunktionen, Indizes und Abfrageleistung, SQL-Injection.

Ist eine Abfrage gegeben, verfolge sie an einigen Zeilen in der Reihenfolge FROM, WHERE, GROUP BY, HAVING, SELECT, ORDER BY. Die meisten Fallen zeigen sich innerhalb von drei Zeilen.