Was ist eine relationale Datenbank?

Was ist eine Relational Database? Vor- und Nachteile von relationalen Datenbanken.

Jedes Programm hat eine Datenbank. Dort speicherst du alle Informationen, die für die Ausführung deiner Software erforderlich sind. In diesem Artikel werden wir uns eine der gängigsten Arten von Datenbanken ansehen – eine Relational Database.

Bevor wir erklären, was "relational" bedeutet, wollen wir die Grundlagen auffrischen: Was ist eine Datenbank? Es ist ganz einfach. Eine Datenbank ist eine Sammlung von Daten, die in einem geeigneten Format gespeichert sind. Das Format, in dem deine Daten gespeichert werden, bestimmt, wie du auf diese Daten zugreifen kannst.

Je nach Anwendung werden Daten unterschiedlich gespeichert, und die Art und Weise, wie Daten geschrieben werden, wirkt sich auf die Leistung einzelner Operationen aus (Schreiben, Lesen, Löschen und Ändern von Daten). Wenn du mehr über Data Engineering erfahren möchtest, besuche unsere data engineering consultancy.

Es gibt viele Arten von Datenbanken, und die Relational Database ist eine sehr beliebte.

Was ist eine Relational Database?
Der Begriff "relationale Datenbank" wurde erstmals 1970 von Dr. Edgar Ted Codd von IBM eingeführt.

In einer Relational Database konfigurierst du (als Benutzer) die gewünschten Beziehungen, und Informationen werden entsprechend deiner Konfiguration gespeichert und abgerufen. In diesem Modell werden Daten in einfachen, linearen Dateien gespeichert, die als "Relationen" oder "Tabellen" bezeichnet werden.

Operationen in relationalen Datenbanken basieren auf relationaler Algebra. Relationale Algebra ist eine Menge von Operatoren, die Relationen manipulieren; somit sind das Ergebnis und die Argumente dieser Operatoren Relationen. Diese Operatoren können in zwei Gruppen unterteilt werden:

• Operationen auf Mengen
• Operatoren, die für das relationale Modell entwickelt wurden

Das relationale Modell führte SQL (Structured Query Language) ein, die Hauptsprache für den Zugriff und die Änderung von Daten in Datenbanken.

Grundlagen der Implementierung von Relational Databases
Datenbanken haben unterschiedliche Implementierungen. Sie unterscheiden sich auch in der Version von SQL, die sie unterstützen. Obwohl es einen Standard gibt, der die SQL-Sprache beschreibt, gibt es einige geringfügige Unterschiede zwischen dem von einzelnen Datenbanken unterstützten SQL. Die verschiedenen Versionen von SQL werden als Dialekte bezeichnet.

Du kannst auf viele Implementierungen von Relational Databases stoßen. Einige der am häufigsten verwendeten Implementierungen sind unten aufgeführt:

• PostgreSQL
• MySQL
• SQLite
• Oracle
• SQL Server
• HyperSQL

Die grundlegende Operationseinheit der SQL-Sprache ist eine Abfrage. Es gibt drei grundlegende Arten von Datensuchabfragen (diese werden als select-Abfragen bezeichnet):

• Projektion (Auswahl nur einiger Felder/Attribute, Merkmale, Spalten)
• Selektion (Auswahl von Datensätzen/Zeilen, die eine bestimmte Bedingung erfüllen)
• Verknüpfung (Zusammenführen von Daten aus verschiedenen Tabellen)

Vorteile von Relational Databases
Es gibt drei Hauptgründe, die Relational Databases sehr nützlich machen:

• Ein einfaches, aber leistungsstarkes relationales Modell kann von Unternehmen aller Art und Größe verwendet werden, um eine breite Palette von Informationsbedürfnissen zu erfüllen.
• Relational Databases können verwendet werden, um Lagerbestände zu verfolgen, E-Commerce-Transaktionen zu verarbeiten, große Mengen wichtiger Kundeninformationen zu verwalten und mehr.
• Eine Relational Database kann verwendet werden, um alle Informationsbedürfnisse in Situationen zu erfüllen, in denen Datenelemente miteinander in Beziehung stehen und auf sichere, regelbasierte und konsistente Weise verwaltet werden müssen.

Obwohl es Relational Databases seit den 1970er Jahren gibt, haben die Vorteile des relationalen Modells es bis heute zum am weitesten verbreiteten Datenbankmodell gemacht, und es wird wahrscheinlich auch in absehbarer Zukunft so bleiben.

Was solltest du bei der Auswahl einer Relational Database beachten?
Die Software, die zum Speichern, Abrufen, Verwalten und Ändern der in einer Relational Database gespeicherten Daten verwendet wird, wird als relational database management system (RDBMS) bezeichnet.

Ein RDBMS bietet eine Schnittstelle zwischen Benutzern, Anwendungen und der Datenbank. Ein Datenbankverwaltungssystem bietet dir auch Zugriff auf administrative Funktionen zur einfacheren Verwaltung von Datenspeicherung, Zugriff und Leistung.

Es gibt mehrere Faktoren, die die Auswahl eines bestimmten Datenbanktyps und von Relational Database-Produkten beeinflussen. Die Wahl des RDBMS hängt von den Geschäftsanforderungen des Unternehmens ab. Wenn du diese Wahl triffst, solltest du dir die folgenden Fragen stellen:

• Was sind unsere Anforderungen an die Datengenauigkeit?
• Hängen Datenaufbewahrung und -genauigkeit von der Geschäftslogik ab?
• Unterliegen unsere Daten strengen Anforderungen an die Genauigkeit (z. B. Finanzdaten und Berichte an Behörden)?
• Benötigen wir Skalierbarkeit?
• Wie groß ist der Umfang der verwalteten Daten und wie hoch ist der erwartete Anstieg ihrer Menge? Muss das Datenbankmodell die Datenbankspiegelung (als separate Instanzen) unterstützen, um zu skalieren? Wenn ja, kann es die Datenkonsistenz über diese Instanzen hinweg aufrechterhalten?
• Wie wichtig ist die Parallelität?
• Müssen mehrere Benutzer und mehrere Anwendungen gleichzeitig auf Daten zugreifen können? Unterstützt die Datenbanksoftware Parallelität und schützt gleichzeitig die Daten?
• Was sind unsere Anforderungen an Leistung und Zuverlässigkeit? Benötigen wir ein Produkt mit hoher Leistung und Zuverlässigkeit?
• Was sind die Leistungsanforderungen an die Abfrageantwort? Welche Verpflichtungen hat der Anbieter in Bezug auf Service Level Agreements (SLAs) oder ungeplante Ausfallzeiten?

Die Hauptregeln von Relational Databases (und SQL)
Relational Databases (sowie ihr Standard, SQL) basieren auf vier einfachen Regeln:

1. Alle Datenwerte basieren auf einfachen Datentypen.
2. Alle Daten in der Relational Database werden in Form von zweidimensionalen Tabellen (sogenannten "Relationen") dargestellt.
   Jede Tabelle enthält null oder mehr Zeilen (einschließlich "Tupel") und eine oder mehrere Spalten ("Attribute"). Jede Zeile besteht aus gleichmäßig angeordneten Spalten, die mit Werten gefüllt sind, die wiederum in jeder Zeile unterschiedlich sein können.
3. Nach dem Eingeben von Daten in die Datenbank ist es möglich, Werte aus verschiedenen Spalten, in der Regel auch aus verschiedenen Tabellen, zu vergleichen und Zeilen zusammenzuführen, wenn ihre Werte übereinstimmen.
   Dies ermöglicht die Datenbindung und die Durchführung relativ komplexer Operationen in der gesamten Datenbank. Alle Operationen sind logisch, unabhängig von der Position der Tabellenzeile. Zeilen in einer Relational Database werden in einer völlig beliebigen Reihenfolge gespeichert – sie muss nicht die Reihenfolge widerspiegeln, in der sie eingegeben oder gespeichert werden.

Arten von Beziehungen:

• eins-zu-eins (wenn ein einzelner Datensatz aus der ersten Tabelle höchstens einen Datensatz aus der zweiten Tabelle hat und umgekehrt)
• eins-zu-viele (wenn ein einzelner Datensatz aus der ersten Tabelle einen oder mehrere Datensätze aus der zweiten Tabelle haben kann, aber ein einzelner Datensatz aus der zweiten Tabelle höchstens einen Datensatz aus der ersten Tabelle hat).
• viele-zu-viele (tritt auf, wenn ein Datensatz aus der ersten Tabelle viele Datensätze aus der zweiten Tabelle hat und ein Datensatz aus der zweiten Tabelle viele Datensätze aus der ersten Tabelle hat).

4. Da die Zeile nicht anhand ihrer Position identifiziert werden kann, müssen innerhalb der gesamten Tabelle eine oder mehrere eindeutige Spalten vorhanden sein, die es ermöglichen, eine bestimmte Zeile zu finden.
   Diese Spalten werden als "Primärschlüssel" der Tabelle bezeichnet.

Beachte, dass der Primärschlüssel nicht immer in allen Tabellen vorhanden ist. Außerdem kannst du auch Fremdschlüssel haben – ein bisschen wie ein Hyperlink, ein Fremdschlüssel verweist auf den Primärschlüssel aus einer anderen Tabelle und verbindet die beiden Tabellen miteinander.

Um die Datenbank vorzubereiten, führst du diese Schritte aus:

• Definition der Anforderungen
• Vorentwurf von Formularen und Berichten
• Vorbereitung von Tabellen
• Definition der Beziehungen
• Erstellung von Formularen
• Erstellung von Anweisungen – Abfragen und Berichte

Um Tabellen vorzubereiten, befolge diese fünf Regeln:

• Weise einer Kategorie von Informationen eine Tabelle zu.
• In jeder Spalte der Tabelle sollte sich eine einzelne Information befinden.
• Verwende Namen, die Verwirrung oder Mehrdeutigkeit vermeiden.
• Vermeide es, dieselben Informationen in mehreren Tabellen zu wiederholen.
• Eine Datenliste sollte nicht in einem Feld gespeichert werden.

Es gibt verschiedene inhärente Einschränkungen in relationalen Datenbanken, wie z. B. die referenzielle Integritätsbeschränkung. Wenn du beispielsweise zwei Tabellen mit einer Customer ID-Zeile hast, muss die ID #1 in beiden Tabellen vorhanden und gleich sein.

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