第 9 章 データベース
表で世界を整理する。この章では次の 15 個の知識点を、解説・インタラクティブ教材・練習問題で学びます。
データベースと DBMS・関係データベース
データベースは決まった形で整理されたデータの集まり、それを操作・制御するソフトウェアが DBMS（ミドルウェアの一種）。代表は表形式の 関係データベース（RDB）で、ほかに階層型・ネットワーク型がある。表の 1 行＝レコード（行・組・タプル）、1 列＝フィールド（列・属性）。
3層スキーマ
データベースの構造を 外部スキーマ（利用者・アプリから見た見え方）、概念スキーマ（データの論理的な構造）、内部スキーマ（記憶媒体への物理的な格納）の 3 つに分けて定義する（3層スキーマ）。分けておくと、一方を変えても他方に影響しない＝データの独立性が高まる。
主キー・複合キー・外部キー
主キーは行を 1 つに特定できる列。値が重複しない一意制約と、空（NULL）でない非 NULL 制約の両方を満たす。1 列で特定できなければ複数列を組み合わせた複合キーにする。外部キーは他の表の主キーを参照する列で、参照先に存在する値しか入れられない（参照制約）。
正規化と関数従属
データベースの正規化は、重複や矛盾が起きないように表を分割すること。第1正規形：繰返し項目をなくし、計算で求まる列を除く。第2正規形：複合キーの一部だけで決まる列（部分関数従属）を別表へ。第3正規形：主キー以外の列で決まる列（推移的関数従属）を別表へ。「A が決まれば B が 1 つに決まる」関係が関数従属（A → B）。
トランザクションと ACID 特性
トランザクションは、まとめて扱う一連のデータベース処理（例：振込＝A の口座を減らす＋B の口座を増やす）。満たすべき性質が ACID特性：原子性（全部やるか全くやらないか）・一貫性（矛盾がない）・隔離性（同時に実行しても互いに影響しない）・耐久性（確定した結果は障害でも消えない）。
排他制御・デッドロック・ロックの粒度
同じデータを同時に更新すると、一方の更新が消えることがある（ロストアップデート）。これを防ぐのが排他制御（ロック）。共有ロックは他者の読取りは許すが更新は禁止、専有ロックは読取りも更新も禁止。互いに相手のロック解放を待ち続けるのがデッドロック。ロックの粒度が大きいと管理は簡単だが待ちが増え、小さいと並行性は上がるが管理が大変。
ストアドプロシージャ
ストアドプロシージャは、よく使う SQL の命令群をひとまとめにして、あらかじめ DBMS（サーバ側）に登録しておく仕組み。クライアントは「呼び出す」命令を 1 回送るだけでよいので、ネットワークの負荷が減り、処理速度も上がる。
障害回復（ジャーナル・ロールバック・ロールフォワード）
データベースはバックアップファイル（定期的なコピー）とジャーナルファイル（更新履歴：更新前と更新後の値）で守る。トランザクション中のエラー → 更新前ジャーナルで開始前に戻す ロールバック（バックワードリカバリ）。ディスク障害 → バックアップ＋更新後ジャーナルで障害直前まで戻す ロールフォワード（フォワードリカバリ）。すべて成功したら コミット で確定。
分散データベースと 2 相コミット
分散データベースは、複数の場所にあるデータベースを見かけ上 1 つのデータベースとして扱う仕組み。1 つのトランザクションが複数サイトを更新するときは 2相コミット：第 1 相で全サイトに「コミットできるか」を問い合わせ、第 2 相で全員が可能ならコミット、1 つでも不可なら全サイトでロールバックする。
関係演算（選択・射影・結合）
表から新しい表を作る操作が関係演算。選択＝条件に合う行を取り出す、射影＝指定した列を取り出す、結合＝共通の列の値で 2 つの表をつなぐ。こうして一時的に作った仮想の表がビュー。
SQL の分類（DDL・DML・DCL）と制約
SQL は 3 種類。DDL（データ定義）：CREATE（表・ビューを作る）・DROP（削除）・ALTER（変更）・TRUNCATE（全行を一括削除）。DML（データ操作）：SELECT・INSERT・UPDATE・DELETE。DCL（データ制御）：GRANT（権限を与える）・REVOKE（取り消す）。CREATE TABLE では PRIMARY KEY・REFERENCES（外部キー）・UNIQUE・CHECK・NOT NULL の制約を付けられる。
DML の基本構文（SELECT・UPDATE・DELETE・INSERT）
SELECT 列 FROM 表 WHERE 条件（取り出す）、UPDATE 表 SET 列 = 値 WHERE 条件（更新）、DELETE FROM 表 WHERE 条件（削除）、INSERT INTO 表 (列, …) VALUES (値, …)（追加）。WHERE を省略すると全行が対象になる。
SELECT 文（条件・結合・並べ替え）
WHERE では比較演算子（= <> < <= > >=）と論理演算子（AND・OR・NOT）で条件を書く。SELECT * は全列。FROM 表1, 表2 WHERE 表1.列 = 表2.列 で表を結合（同じ名前の列は「表名.列名」で区別）。ORDER BY 列 [ASC|DESC] で並べ替え（ASC＝昇順は省略可、DESC＝降順）。
GROUP BY・集合関数・HAVING
GROUP BY 列 で同じ値の行をグループにまとめ、集合関数（SUM 合計・AVG 平均・COUNT 件数・MAX 最大・MIN 最小）でグループごとに集計する。WHERE は行を、HAVING はグループを選ぶ。実行順序は FROM → WHERE → GROUP BY → HAVING → SELECT → ORDER BY。
新シラバス用語（列指向データベース・グラフデータベース）
関係データベース以外のデータベースをまとめて NoSQL と呼ぶ。列指向データベース：通常は行単位で扱うデータを列単位でまとめて格納する。特定の列の集計・分析が速い。グラフデータベース：データをノード（点）とエッジ（線）のグラフ形式で保存し、SNS の友人関係のような「つながり」をたどる検索が得意。