Datenbankschema: Definition, Typen und Vorteile

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Datenbankschemata bieten einen Überblick über die Struktur einer Datenbank, einschließlich ihrer verschiedenen Elemente, ihrer Beziehungen zueinander und der für sie geltenden Regeln. Daher sind Schemata nicht nur Teil eines effektiven Datenbankdesigns, sondern auch einer effizienten, teamweiten Datenbankverwaltung.

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über Datenbankschemata, ihre Vorteile und die Typen, die Ihnen im Berufsleben wahrscheinlich begegnen werden. Später lernen Sie außerdem zwei gängige Schemadesigns und einige Best Practices für die Schemaintegration kennen.

Was ist ein Datenbankschema?

Ein Datenbankschema ist ein Entwurf, der die Architektur einer relationalen Datenbank beschreibt. Es legt fest, wie die Daten organisiert sind und wie die verschiedenen Elemente – wie Fremd- und Primärschlüssel, Datentypen und Felder – miteinander in Beziehung stehen. Zur visuellen Darstellung verwenden Datenbankschemata Entity-Relationship-Diagramme (ER-Diagramme). Diese zeigen, wie Werte gespeichert werden, in welcher Beziehung sie zueinander stehen und welche Regeln für sie gelten.

Datenexperten wie Datenarchitekten, Datenwissenschaftler und Datenanalysten nutzen die Datenmodellierung, um ein Datenbankschema zu entwerfen. Das Schema ist Teil des Datenbankmanagementsystems (DBMS) und ermöglicht es Programmierern, Administratoren und Benutzern, die Integrität des Gesamtsystems zu wahren.

Vorteile des Datenbankschemas 

Datenbankschemata bieten viele Vorteile für die Datenbankarchitektur. Zu den häufigsten gehören:

• Datenbanksicherheit: Ein Schema kann Zugriffsberechtigungen für bestimmte Teile einer Datenbank festlegen und so besser kontrollieren, wer was sieht und warum. Datenbankadministratoren können diese Informationen dann nutzen, um denjenigen Berechtigungen zu erteilen, die sie benötigen.

• Höhere Genauigkeit: Schemata stellen sicher, dass eine Datenbank von ihren Benutzern ordnungsgemäß gepflegt wird. Dies kann unter anderem die Anzahl von Duplikaten und unnötigen Informationen in einer Datenbank erheblich reduzieren.

• Verbesserte Kommunikation: Ein Datenbankschema ermöglicht es den Beteiligten, effektiver über die Nutzung und Pflege einer Datenbank zu kommunizieren. Dies kann Verwirrung und Missverständnisse deutlich reduzieren. 

Datenbankschema vs. Datenbankinstanz

Ein Schema dient als Blueprint einer Datenbank. Es beschreibt deren Gesamtstruktur und die Beziehungen der einzelnen Elemente zueinander. Es stellt praktisch ein unveränderliches Bild der formalen Organisation der Datenbank dar. 

Eine Datenbankinstanz hingegen ist eine Momentaufnahme der in einer Datenbank zu einem bestimmten Zeitpunkt enthaltenen Informationen. Das bedeutet, dass sich die in einer Datenbankinstanz enthaltenen Informationen im Gegensatz zu einem Schema im Laufe der Zeit ändern können. 

Oracle-Datenbankschema 

Der Begriff Datenbankschema hat in Oracle eine eigene Bedeutung, die sich von der allgemein üblichen Definition unterscheidet. In Oracle bezeichnet ein Datenbankschema eine Sammlung von Datenbankobjekten wie Tabellen, Indizes und Ansichten und ist nach den einzelnen Datenbankbenutzern benannt. Schemaobjekte sind vom Benutzer erstellte logische Strukturen, die mit Structured Query Language (SQL) oder einem Oracle Enterprise Manager bearbeitet werden. 

Arten von Datenbankschemata

Die drei häufigsten Datenbankschematypen, denen Sie in diesem Bereich wahrscheinlich begegnen werden, sind die folgenden:

• Konzeptionelles Schema: Ein konzeptionelles Datenbankschema stellt alle in einer Datenbank enthaltenen Elemente dar und veranschaulicht ihre Beziehung zueinander, enthält jedoch keine Tabellen. Daher bietet es eine Gesamtansicht der Datenbank, ohne reale Details zu liefern.

• Logisches Datenbankschema: Logische Schemata konkretisieren konzeptionelle Schemata mit konkreteren Details zu den darin enthaltenen Objekten, wie etwa Namen, Tabellen, Ansichten und Integritätsbeschränkungen.

• Physisches Datenbankschema: Ein physisches Schema ist der eigentliche Entwurf einer relationalen Datenbank. Es enthält alle für das Schema erforderlichen technischen und kontextuellen Informationen und bezieht sich auf ein bestimmtes physisches Datensystem. 

Beispiele für Datenbankschemata

Die beiden gängigsten Datenbankschemata sind Stern- und Schneeflockenschemata. Wie ihre Namen vermuten lassen, ähneln ihre Designs oft der visuellen Darstellung eines Sterns bzw. einer Schneeflocke. 

Sternschema 

Ein Sternschema ist ein einfaches Schemadesign, bei dem eine einzelne Faktentabelle mit einer oder mehreren Dimensionstabellen verbunden ist. Dieses Schema ist einfach zu implementieren und besonders effektiv bei der Abfrage großer Datensätze. 

Schneeflockenschema 

Dies ist eine komplexere Version eines Sternschemas, bei der eine einzelne Faktentabelle mit einer oder mehreren Tabellen verknüpft ist, die wiederum mit anderen Dimensionstabellen verknüpft sind. Ein Schneeflockenschema ist relativ einfach zu pflegen und kann komplexere Abfragen als ein Sternschema ausführen, was erweiterte Analysemöglichkeiten bietet.

So erstellen Sie ein Datenbankschema

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein Datenbankschema zu erstellen, abhängig vom verwendeten Datenbanksystem. Gängige Datenbanksprachen wie MySQL, Microsoft SQL Server und Oracle Database basieren bei der Verwendung der Konsole auf der Anweisung CREATE SCHEMA. Obwohl alle Sprachen CREATE SCHEMA in irgendeiner Form verwenden, verfügt jede über eigene Prozesse. Nachfolgend sehen Sie, wie die einzelnen Sprachen funktionieren:

• MySQL: Die Begriffe CREATE DATABASE und CREATE SCHEMA können synonym verwendet werden. Dabei werden keine Tabellen, sondern nur das Datenbankverzeichnis erstellt. Nach der Erstellung können Sie mit dem Befehl create_option dessen Eigenschaften festlegen.

• Microsoft SQL Server und Azure SQL-Datenbank: Mit CREATE SCHEMA erstellen Sie ein Schema in der Datenbank und können dann Tabellen, Ansichten und Benutzerrechte erstellen.

• Oracle-Datenbank: CREATE USER ist der Begriff zum Erstellen eines Schemas in Oracle, während CREATE SCHEMA Ihnen das Erstellen mehrerer Tabellen, Berechtigungen oder Ansichten ermöglicht. 

Anforderungen an die Schemaintegration 

Schemadiagramme tragen dazu bei, dass Datenbanken eine konsistente Struktur aufweisen, damit jeder, der auf die Datenbank zugreift, sie effektiv nutzen kann. Wenn eine Datenbank mehrere Schemata enthält, ist es wichtig, deren Integration untereinander sicherzustellen. Für eine effektive Integration sollten Schemata die folgenden Anforderungen erfüllen:

• Überlappungserhaltung: Überlappende Elemente aus verschiedenen Schemata sollten in eine Datenbankschemabeziehung integriert werden.

• Erweiterte Überlappungserhaltung: Elemente aus nur einer Quelle, die mit überlappenden Elementen verknüpft sind, sollten im Datenbankschema erscheinen.

• Minimalität: Um die Integrität zu wahren, sollten in der Datenbank keine Elemente verloren gehen.

• Normalisierung: Das Schema sollte unabhängige Elemente und Beziehungen getrennt voneinander gruppieren. 

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