Relationale Datenbanken: Was sie sind und wie sie funktionieren

Relationale Datenbanken sind eines der am weitesten verbreiteten Datenbankmodelle der Welt, das für die effiziente Speicherung und Verwaltung strukturierter Daten entwickelt wurde. Sie organisieren Daten in Tabellen und erleichtern das Abrufen, Aktualisieren und Manipulieren von Informationen mithilfe der Structured Query Language (SQL). Relationale Datenbanken sind unverzichtbar für Unternehmen, Websites und Anwendungen, die eine komplexe Datenverwaltung und hohe Leistung erfordern.

In diesem Artikel erfahren Sie, was relationale Datenbanken sind, wie sie funktionieren und was ihre wichtigsten Merkmale und Vorteile sind.

Was ist eine relationale Datenbank?

Eine relationale Datenbank ist eine Art von Datenbank, die Daten in strukturierten Tabellen (auch Relationen genannt) organisiert, die aus Zeilen und Spalten bestehen. Jede Tabelle enthält Daten über eine bestimmte Art von Entität, wie z. B. Kunden, Produkte oder Aufträge. Diese Tabellen sind durch Beziehungen miteinander verbunden, wodurch die Datenbank in der Lage ist, verwandte Informationen effizient abzurufen und zu organisieren.

Zum Beispiel in einer relationalen Datenbank für einen Online-Shop:

• Eine Tabelle könnte Informationen über Kunden speichern (z. B. Kunden-ID, Name, Adresse).
• Eine andere Tabelle könnte Bestellungen speichern (z. B. Bestell-ID, Kunden-ID, Produkt-ID, Bestelldatum).

Die Kunden-ID in den Tabellen “Kunden” und “Bestellungen” ermöglicht es der Datenbank, die Kundeninformationen mit den entsprechenden Bestellungen zu verknüpfen.

Schlüsselkonzepte von relationalen Datenbanken

Die Struktur und Funktionalität relationaler Datenbanken wird durch mehrere Kernkonzepte bestimmt:

1. Tabellen

Eine relationale Datenbank besteht aus mehreren Tabellen, wobei jede Tabelle eine bestimmte Einheit darstellt (z. B. Benutzer, Produkte oder Transaktionen). Jede Tabelle besteht aus Spalten (Feldern) und Zeilen (Datensätzen).

• Spalten: Definieren die Arten der gespeicherten Daten (z. B. Name, Alter, E-Mail).
• Zeilen: Enthalten einzelne Datensätze mit Werten für jede Spalte.

2. Primärschlüssel

Ein Primärschlüssel ist ein eindeutiger Bezeichner für jeden Datensatz in einer Tabelle. Dadurch wird sichergestellt, dass keine zwei Zeilen denselben Primärschlüsselwert haben. Der Primärschlüssel ist für die eindeutige Identifizierung von Datensätzen unerlässlich.

Beispiel:

• In einer Kundentabelle könnte die Kunden-ID der Primärschlüssel sein, um sicherzustellen, dass jeder Kunde eindeutig identifizierbar ist.

3. Fremdschlüssel

Ein Fremdschlüssel ist ein Feld in einer Tabelle, das mit dem Primärschlüssel einer anderen Tabelle verknüpft ist. Fremdschlüssel stellen Beziehungen zwischen Tabellen her und ermöglichen es der Datenbank, verwandte Daten zu verbinden.

Beispiel:

• In einer Auftragstabelle könnte die Kunden-ID ein Fremdschlüssel sein, der mit dem Primärschlüssel (Kunden-ID) in der Kundentabelle verknüpft ist.

4. Beziehungen

Relationale Datenbanken sind nach den Beziehungen benannt, die sie zwischen verschiedenen Tabellen verwalten. Es gibt mehrere Arten von Beziehungen:

• Eins-zu-Eins: Ein Datensatz in einer Tabelle entspricht einem Datensatz in einer anderen Tabelle.
• Eins-zu-Viel: Ein Datensatz in einer Tabelle ist mit vielen Datensätzen in einer anderen Tabelle verbunden (z. B. kann ein Kunde viele Bestellungen aufgeben).
• Viele-zu-Viele: Viele Datensätze in einer Tabelle entsprechen vielen Datensätzen in einer anderen Tabelle (z. B. können viele Produkte Teil vieler Bestellungen sein).

5. SQL (Strukturierte Abfragesprache)

SQL ist die Standardsprache für die Interaktion mit relationalen Datenbanken. Sie wird zum Abfragen, Einfügen, Aktualisieren und Löschen von Daten verwendet. SQL bietet leistungsstarke Befehle zum gleichzeitigen Abrufen von Daten aus mehreren Tabellen und ermöglicht so komplexe Datenverwaltungsaufgaben.

Beispiel für eine einfache SQL-Abfrage:

Diese Abfrage ruft alle Informationen über den Kunden mit der Kunden-ID 1 ab.

So funktionieren relationale Datenbanken

Relationale Datenbanken speichern Daten auf eine Weise, die Effizienz, Konsistenz und Skalierbarkeit gewährleistet. So funktionieren sie:

1. Dateneingabe Daten werden in Tabellen eingegeben, entweder manuell oder über Anwendungen, und in Zeilen gespeichert. Jede Zeile steht für einen eindeutigen Datensatz, und jede Spalte entspricht einem bestimmten Attribut des Datensatzes (z. B. Name, Geburtsdatum).
2. Datenbeziehungen Beziehungen zwischen Tabellen werden mit Hilfe von Primär- und Fremdschlüsseln hergestellt. Diese Beziehungen ermöglichen es, Daten in verschiedenen Tabellen zu verknüpfen und so ein Netz miteinander verbundener Informationen zu schaffen.
3. Datenabfrage SQL-Abfragen werden verwendet, um Daten auf der Grundlage bestimmter Bedingungen abzurufen. Abfragen können einfach (z. B. Abruf aller Datensätze aus einer Tabelle) oder komplex (z. B. Verknüpfung mehrerer Tabellen auf der Grundlage von Fremdschlüsselbeziehungen) sein.
4. Datenintegrität Relationale Datenbanken gewährleisten die Datenintegrität durch Regeln, Beschränkungen und Beziehungen. Wenn Sie z. B. versuchen, einen Kundendatensatz zu löschen, kann die Datenbank dies verhindern, wenn der Kunde über verwandte Bestellungsdatensätze verfügt, um sicherzustellen, dass keine verwaisten Daten existieren.

Vorteile von relationalen Datenbanken

Relationale Datenbanken sind aufgrund mehrerer wichtiger Vorteile beliebt:

1. Datengenauigkeit und -integrität

Relationale Datenbanken erzwingen die Datenintegrität durch Primär- und Fremdschlüsselbeziehungen, die sicherstellen, dass die Daten immer korrekt und konsistent sind. Einschränkungen, wie NOT NULL oder UNIQUE, stellen sicher, dass keine ungültigen Daten eingegeben werden können.

2. Benutzerfreundlichkeit

SQL bietet eine einfache und leistungsstarke Möglichkeit zur Interaktion mit der Datenbank. Selbst komplexe Abfragen lassen sich relativ einfach erstellen, so dass die Benutzer Daten effizient abrufen und bearbeiten können.

3. Skalierbarkeit

Relationale Datenbanken können große Datenmengen und komplexe Beziehungen verarbeiten. Moderne relationale Datenbankmanagementsysteme (RDBMS) sind so konzipiert, dass sie vertikal (durch Aufrüstung der Hardware) oder horizontal (durch Hinzufügen weiterer Server) skalierbar sind.

4. Flexibilität beim Abrufen von Daten

Relationale Datenbanken sind äußerst flexibel, wenn es um die Abfrage von Daten geht. Sie können Informationen aus mehreren Tabellen gleichzeitig abrufen, zusammengehörige Daten verknüpfen, Ergebnisse filtern und Daten mühelos aggregieren (z. B. Durchschnittswerte oder Summen berechnen).

5. Transaktionsmanagement

Relationale Datenbanken unterstützen ACID-Eigenschaften (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability), die sicherstellen, dass alle Transaktionen (z. B. Aktualisierungen, Löschungen) vollständig oder gar nicht abgeschlossen werden. Dadurch wird die Datenintegrität geschützt und die Zuverlässigkeit gewährleistet.

Beliebte relationale Datenbankmanagementsysteme (RDBMS)

Es gibt mehrere relationale Datenbankmanagementsysteme (RDBMS), die in verschiedenen Branchen weit verbreitet sind. Einige der beliebtesten sind:

1. MySQL

MySQL ist eines der beliebtesten relationalen Open-Source-Datenbanksysteme. Es wird häufig für Webanwendungen eingesetzt und versorgt viele Websites und Anwendungen, darunter WordPress und Facebook.

2. PostgreSQL

PostgreSQL ist ein fortschrittliches Open-Source-RDBMS, das für seinen Fokus auf Standardkonformität, Erweiterbarkeit und Leistung bekannt ist. Es unterstützt fortschrittliche Funktionen wie die JSON-Speicherung, was es für moderne Anwendungen vielseitig macht.

3. Microsoft SQL Server

Microsoft SQL Server ist ein robustes RDBMS, das von Microsoft entwickelt wurde. Es wird häufig in großen Unternehmen eingesetzt und unterstützt eine breite Palette von Anwendungen, von kleinen Datenbanken bis hin zu großen Data Warehouses.

4. Oracle-Datenbank

Oracle ist ein kommerzielles RDBMS, das sich durch hohe Skalierbarkeit und fortschrittliche Funktionen auszeichnet und daher in großen Unternehmen und Firmen mit komplexen Datenanforderungen beliebt ist.

5. SQLite

SQLite ist ein leichtgewichtiges, dateibasiertes relationales Datenbanksystem, das häufig in mobilen Anwendungen, eingebetteten Systemen und kleinerer Software eingesetzt wird.

Anwendungsfälle von relationalen Datenbanken

Relationale Datenbanken werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von kleinen Projekten bis hin zu Systemen auf Unternehmensebene. Häufige Anwendungsfälle sind unter anderem:

• Elektronischer Handel: Speicherung von Kundendaten, Produktbeständen und Bestellinformationen.
• Bankwesen: Verwaltung von Kundenkonten, Transaktionen und Finanzdaten.
• Gesundheitswesen: Nachverfolgung von Patientendaten, Terminen und Krankengeschichte.
• Enterprise Resource Planning (ERP): Verwaltung von Unternehmensdaten wie Mitarbeiterdaten, Finanzen und Inventar.
• Content-Management-Systeme (CMS): Einsatz von Plattformen wie WordPress, wo Artikel, Benutzerdaten und Kommentare in einer relationalen Datenbank verwaltet werden.

Schlussfolgerung

Relationale Datenbanken sind eine leistungsstarke und flexible Lösung für die Verwaltung strukturierter Daten in einer Vielzahl von Anwendungsfällen. Durch die Organisation von Daten in Tabellen und die Nutzung der Beziehungen zwischen ihnen gewährleisten relationale Datenbanken die Genauigkeit, Konsistenz und Skalierbarkeit von Daten. Mit der Unterstützung von SQL können Benutzer Daten leicht abrufen, manipulieren und verwalten, was relationale Datenbanken zu einem unverzichtbaren Werkzeug für moderne Unternehmen und Anwendungen macht. Ganz gleich, ob Sie eine Webanwendung entwickeln, Kundendatensätze verwalten oder eine Unternehmenssoftware erstellen, relationale Datenbanken bilden die Grundlage für eine effiziente und zuverlässige Datenverwaltung.