Datenbankdesign für Einsteiger Kurs: Tabellen anlegen

Datentypen

• Organisieren von Daten in einer Datenbank: was der physische Entwurf über das Modell hinaus festlegt
• Konzepte der Datenintegrität: Wertebereich, Eindeutigkeit, Verweise und Geschäftsregeln
• Die Rolle von Datentypen: Speicherbedarf, zulässige Werte, Sortierung und Rechenregeln
• Ganzzahlen SMALLINT, INTEGER, BIGINT: Wertebereich und Überlauf bei schnell wachsenden IDs
• DECIMAL/NUMERIC mit Stellen und Nachkommastellen für Beträge, FLOAT nur für Messwerte
• Zeichensatz-Datentypen: CHAR, VARCHAR, TEXT, Längengrenzen und Unicode (NVARCHAR, UTF-8)
• Collation: Sortierung und Vergleich bei Groß-/Kleinschreibung und Umlauten
• Datums- und Zeittypen: DATE, TIME, Zeitstempel mit und ohne Zeitzone, datetimeoffset
• Zusätzliche Typen: Wahrheitswert, UUID/uniqueidentifier, Binärdaten und JSON (nativer json-Typ in SQL Server ab 2025)
• Auswahl von Datentypen: kleinster passender Typ, einheitlich über alle Tabellen, Kosten späterer Änderungen

Normalformen kompakt: was sie für die Tabellenstruktur bedeuten

• Datenintegrität durch Normalisierung: Werte, die doppelt gespeichert werden, laufen auseinander
• 1NF in der Tabelle: eine Spalte enthält einen Wert, keine Listen oder durchnummerierten Spaltengruppen
• 2NF an zusammengesetzten Schlüsseln: Spalten auslagern, die nur von einem Schlüsselteil abhängen
• 3NF bei Nachschlagewerten: Bezeichnungen per Fremdschlüssel referenzieren statt mitzuspeichern
• Bewusst denormalisieren: berechnete Spalten, materialisierte Sichten, Summen-Tabellen für Berichte

Zeilen mit Primärschlüsseln identifizieren

• Zweck eines Primärschlüssels: eindeutig, nie leer und Ziel aller Fremdschlüssel
• Primärschlüssel der Tabelle festlegen: Kandidatenschlüssel finden, Stabilität und Länge bewerten
• Natürliche Schlüssel wie ISBN oder ISO-Ländercode – und was passiert, wenn sie sich ändern
• Zusammengesetzte Schlüssel in Positions- und Zuordnungstabellen
• Surrogatschlüssel: fortlaufende Zahl oder UUID (sortierbar per uuidv7() ab PostgreSQL 18), Folgen für Indexgröße und Einfügeleistung
• Primärschlüssel zu einer bestehenden Tabelle hinzufügen mit ALTER TABLE … ADD CONSTRAINT

Daten mit Fremdschlüsseln verknüpfen

• Was Fremdschlüssel leisten: referenzielle Integrität, kein Verweis ins Leere
• Fremdschlüsselspalte hinzufügen: gleicher Datentyp wie der Zielschlüssel, Pflicht oder optional
• Beziehung zwischen Tabellen erstellen mit FOREIGN KEY … REFERENCES und sprechendem Constraint-Namen
• Fremdschlüssel nachträglich einführen: verwaiste Zeilen vorher finden und bereinigen
• IDENTITY-Spaltenfolgen: IDENTITY(1,1) in SQL Server, GENERATED … AS IDENTITY in PostgreSQL
• Sequenzen als eigene Objekte, Lücken in der Nummernfolge und warum sie kein Fehler sind

Datenverknüpfungen formalisieren

• Eins-zu-viele umsetzen: Fremdschlüssel auf der n-Seite, mit oder ohne NOT NULL
• Eins-zu-eins umsetzen: gemeinsamer Primärschlüssel oder UNIQUE auf dem Fremdschlüssel
• Viele-zu-viele umsetzen: Verbindungstabelle mit zusammengesetztem Schlüssel und eigenen Spalten
• Selbstreferenzierende Tabellen: Spalte parent_id auf dieselbe Tabelle, Zyklen verhindern
• Kaskadierte Aktualisierungen und Löschungen: CASCADE, SET NULL, SET DEFAULT, NO ACTION
• Statt kaskadiert löschen: Kennzeichen für gelöschte Datensätze oder Archivtabelle
• Verknüpfung von Tabellen mit Schlüsseln: Join-Pfade im fertigen Schema nachvollziehen

Indizes

• Tabellen-Indizes: B-Baum, gruppierter und nicht gruppierter Index, Heap
• Was Indizes kosten: langsameres Schreiben, Speicherplatz, Wartung
• Indizes hinzufügen mit CREATE INDEX, eindeutig und über mehrere Spalten
• Spaltenreihenfolge im zusammengesetzten Index und abdeckende Indizes mit INCLUDE
• Fremdschlüsselspalten indizieren: PostgreSQL und SQL Server legen diese Indizes nicht selbst an
• Index-Statistiken anzeigen: DBCC SHOW_STATISTICS, pg_stats und ungenutzte Indizes finden

Einschränkungen (Constraints)

• Daten mit Einschränkungen validieren: die Datenbank als letzte Instanz hinter jeder Anwendung
• Null-Beschränkungen gezielt setzen: was wirklich fehlen darf und was nicht
• Eindeutige Beschränkungen über eine oder mehrere Spalten und ihr Verhalten bei NULL
• Standardwerte setzen mit DEFAULT, etwa CURRENT_TIMESTAMP für den Anlagezeitpunkt
• Einschränkungen prüfen mit CHECK: erlaubte Statuswerte, positive Mengen, Ende nach Beginn
• Einschränkungen hinzufügen mit ALTER TABLE; Altdaten mit NOT VALID bzw. WITH NOCHECK behandeln

Schemaänderungen als Migrationen

• Versionierte Migrationsskripte mit Flyway oder Liquibase, alternativ im Framework wie EF Core
• Erweitern, dann umstellen: neue Spalte anlegen, Daten übertragen, alte Spalte später entfernen
• Typänderungen und neue Constraints auf großen Tabellen: Sperren und Laufzeit einplanen

Datenbankdesign mit Coding-Agenten prüfen

• Agent leitet Spaltentypen aus Beispieldaten ab; Wertebereiche und Geldspalten selbst gegenprüfen
• Katalogabfragen auf information_schema finden Fremdschlüssel ohne Index und Spalten ohne NOT NULL
• Namenskonvention für Constraints und Indizes vorgeben, damit generierte Migrationen lesbar bleiben
• Jede vom Agenten erzeugte Migration mit Rückweg zuerst in einem Wegwerf-Container ausführen
• Für jeden neuen CHECK einen Datensatz formulieren, der abgewiesen werden muss

Praxisprojekt: Tabellen für einen kleinen Onlineshop

• Datentypen, Schlüssel und Constraints für Artikel, Kunden, Bestellungen und Bestellpositionen festlegen
• Kategoriebaum per Selbstreferenz und Schlagwörter je Artikel als n:m-Beziehung umsetzen
• Indizes für die Bestellsuche anlegen und Statistiken vor und nach dem Laden der Testdaten vergleichen
• Preisspalte per Migration von FLOAT auf DECIMAL(12,2) umstellen, ohne Daten zu verlieren