理論から学ぶデータベース実践入門（奥野幹也）

書籍情報

著者:奥野幹也(著)
発行日:2015-03-25
ISBN:9784774171975
URL:https://gihyo.jp/book/2015/978-4-7741-7197-5

書籍目次

はじめに
第1章 SQLとリレーショナルモデル
- 1.1 そもそもSQLって？
  - リレーショナルモデルを知らなくてもSQLは書ける？
  - RDBはリレーショナルモデルを正しく実践してこそ真価を発揮する！
- 1.2 リレーショナルモデル
  - リレーションの定義
  - 集合とリレーショナルモデル
    - 集合とは
    - リレーショナルモデルとNULL
    - 有限集合と無限集合
  - リレーションの演算
    - 制限（Restrict）
    - 射影（Projection）
    - 拡張（Extend）
    - 属性名変更（Rename）
    - 和（Union）
    - 積/交わり（Intersect）
    - 差（Difference）
    - 直積（Product）
    - 結合（Join）
    - コラム要素にNULLが含まれていると……
  - クロージャという性質
  - リレーショナルモデルにおけるデータ型
    - データ型と変数
    - ドメインとは
- 1.3 SQLにおけるリレーション操作
  - SELECTの基本形
    - コラム拡張の評価順
  - INSERT（挿入）
  - コラム Relvar
  - DELETE（削除）
  - UPDATE（更新）
- 1.4 SQLにあってリレーショナルモデルにないもの
  - 要素の重複
  - 要素間の順序
  - リレーションの更新
  - トランザクション
  - ストアドプロシージャ
  - NULL
- 1.5 まとめ
  - コラムリレーショナルモデルは古典的か
第2章述語論理とリレーショナルモデル
- 2.1 述語論理とリレーショナルモデル
  - 命題
  - 命題論理
    - 結合子
    - 真理関数の真理値
  - トートロジーと定理
    - トートロジー
    - トートロジー＝定理
  - 命題論理と公理系
    - 公理
    - 公理系のサンプル
    - 背理法についての追記
    - 公理系を用いた証明のコツ
    - きわめて厄介なPrinciple of explosion
    - コラムプリミティブな演算子
  - 命題論理の限界と量化
    - 命題論理の限界
    - 量化
  - 量化子と述語論理
    - 述語論理
    - 量化子とともに用いる束縛変数
    - 量化子を伴わない自由変数
  - 述語論理と集合論
    - 述語と集合は等価に置き換えが可能
    - 集合の包含関係
    - 集合と要素の包含関係の違い
  - 述語論理の公理系
    - 述語論理の公理系の導出規則
  - ドメイン
  - 一階述語論理
  - 二階述語論理
  - リレーションの真の姿
    - リレーションの演算は論理演算
  - 閉世界仮説
  - 矛盾したDBは役に立たない
    - コラムリレーショナルモデルの限界
- 2.2 リレーションの演算と述語論理
  - 制限（Restrict）
  - 直積（Product）
  - 結合（Join）
  - 積（Intersect）
    - コラム結合と制限
  - 和（Unoin）
  - 差（Difference）
  - 射影（Projection）
  - 属性名変更（Rename）
  - 拡張（Extend）
    - コラム外部結合について
- 2.3 まとめ
第3章正規化理論（その1）―― 関数従属性 ――
- 3.1 なぜDB設計は重要なのか
- 3.2 正規化
  - リレーショナルモデルを補完する理論
  - 異常を防ぐことができる
    - 異常が生じた例
    - リレーションの設計が常識的におかしい
    - なぜ異常が起きるのか
    - 異常を起こす原因は重複
- 3.3 正規形
  - 正規形の種類
  - 第1正規形（1NF）
    - カラムや行の順序
    - 重複する行をなくす
    - NULLが含まれてはいけない
    - 値のアトミック性
    - コラム列の値はスカラであるべき？
    - 繰り返しグループ
  - 候補キーとスーパーキー
  - 関数従属性（FD）
  - 第2正規形（2NF）
    - 無損失分解
  - 第3正規形（3NF）
  - ボイスコッド正規形（BCNF）
    - コラム候補キー内部に自明ではない関数従属性は存在しないのか
- 3.4 まとめ
第4章正規化理論（その2）―― 結合従属性 ――
- 4.1 結合従属性（JD）
  - 結合従属性は無損失分解が可能
  - 関数従属性は結合従属性の一種である
  - 暗黙的な結合従属性
  - 非キー属性と結合従属性
    - コラムなぜ非キー属性があると，候補キーを無損失分解可能な結合従属性が存在しないのか
- 4.2 結合従属性による正規化（4NF～6NF）
  - 第4正規形（4NF）
  - 第5正規形（5NF）
    - 接続の罠
    - 直積と結合従属性
    - 結合従属性を発見するのは難しい？
  - 第6正規形（6NF）
- 4.3 まとめ
第5章リレーションの直交性
- 5.1 リレーションの直交性と重複
  - レプリカ
  - 同じ型を含むリレーション
  - 見出しの一部だけが同じリレーション
- 5.2 リレーション直交化のための戦略
  - 正規化
  - 属性（カラム）の名前を統一する
    - 命名規則を統一する
    - 主語を含める
  - アプリケーションの整合性
  - すべてを直交化する必要はない
- 5.3 重複を解消することのメリット
  - 異常を防げる
  - 必要なデータがどこにあるかが明確になる
  - クエリの記述が宣言的になる
  - 不要な無損失分解が必要ない
  - 複雑な制約が必要ない
  - アプリケーションのコードに無駄がなくなる
  - 性能が向上する
- 5.4 まとめ
第6章ドメインの設計戦略
- 6.1 ドメイン
  - ドメインとは
  - 集合の要素
- 6.2 ドメインの設計戦略の概要
  - すべては恣意的な選択
  - アプリケーションの要求から生まれる
    - 適切なDB設計に必要なこと
    - ドメイン駆動設計
    - DBのリファクタリング
  - データの本質を見極める
    - 数値に文字列カラムを割り当てる例
    - DBは本質的なデータを扱うようにする
  - 属性（カラム）の名前
- 6.3 IDを設計するという考え方
  - 現実世界の物体や概念を表す手段
    - ナチュラルキーとサロゲートキー
    - どちらを使うべきか
    - ナチュラルキーの使いどころと問題点
    - サロゲートキーの使いどころと問題点
  - リレーショナルモデルにおけるキー
  - 意味を含んだID
    - コラム紙の呪縛
  - IDの欠陥は波及する
  - 色，長さ，重さなどの性質を表す属性
- 6.4 SQLによるドメインの表現
  - 適切なデータ型を選ぶ
  - 述語を制約で表現する
  - ドメインをテーブルとして表現する
- 6.5 まとめ
第7章 NULLとの戦い
- 7.1 NULL
  - NULLとは
  - 3値論理（3VL）
    - NULLは演算を台無しにする
    - 検索結果が意図しないものになる可能性
    - NULLによる第3の論理値
    - 想像以上に厄介な3VL
  - 3値論理の限界
    - Unknownと曖昧さ
    - コラム量子コンピュータとNULL
  - NULLは閉世界仮説に反する
  - オプティマイザへの弊害
- 7.2 NULL対策
  - テーブルを正規化する
  - 誤ったNULL対策
  - COALESCE関数
  - 空文字列の扱い
  - NULLを使っても良いケース
- 7.3 まとめ
第8章 SELECTを攻略する
- 8.1 SELECTはSQLの心臓部
  - SELECTの本質
    - SELECTの強大さ
    - データを取得する唯一の手段
  - SELECTの基本構造
- 8.2 SELECT七変化
  - 集約関数
    - 関数の有無だけで意味が変わる
    - COUNTの特殊性
    - GROUP BYによる集約の書式
  - サブクエリ
    - テーブルサブクエリ
    - スカラサブクエリ
    - 行サブクエリ
  - ビュー
  - UNION
  - 組み合わせは自由
- 8.3 リレーショナルではない操作
  - リレーショナルな操作のおさらい
  - ソート
  - 明示的に定義されていないカラム
    - ストアドファンクション（ユーザ定義関数）
  - コラム集約とGROUP BY
  - リレーショナルではない操作の扱い方
- 8.4 インデントでSELECT文を読みやすくする
  - インデントのルール
- 8.5 まとめ
第9章履歴データとうまく付き合う
- 9.1 履歴データの問題点
  - 世界は履歴データで溢れている
  - 履歴とリレーショナルモデルの相性問題
  - 履歴データの具体例
  - 履歴データの何が問題になるのか
    - リレーションと時間軸の直交性
    - NULLの可能性
    - 特定の行だけ意味が違う
- 9.2 履歴データに対する解決策
  - リレーションを分割する
  - 最もシンプルな分割方法
    - 外部キーが使用できない
    - 2つのテーブルの整合性
  - 重複した行を許容する
  - サロゲートキー
  - 未来の価格はどうすべきか
- 9.3 履歴データのアンチパターン
  - フラグを立てる
    - コラムフラグのお化け
  - 手続き型として実装する
    - コラムテーブルを分けたときの物理的なメリット
- 9.4 まとめ
第10章グラフに立ち向かう
- 10.1 グラフの構造
  - ノード，エッジ
  - 隣接
  - 次数
  - 歩道，小道，道
  - 多重辺
  - ループ
  - 閉路
  - 連結
  - 部分グラフ
  - カットセット，ブリッジ
  - エッジの向きと重み
  - グラフの応用例
- 10.2 グラフの種類
  - 一般グラフ
  - 単純グラフ
  - 連結グラフ/非連結グラフ
  - 完全グラフ
  - 正則グラフ
  - 平面グラフ
  - 有向グラフ/無向グラフ
  - 重み付きグラフ
  - ツリー（木）
- 10.3 SQLとグラフの相性問題
  - グラフに対するクエリ
  - 無向グラフを表現できるか
  - 有向グラフを用いた表現
  - リレーショナルな視点でモデルを理解する
    - 行列を用いた表現
  - グラフに対するクエリ
  - 手続き型による解法
  - グラフDB
    - コラム FlockDB
  - そのほかの問題
- 10.4 ツリー（木）
  - ツリーはグラフの一種
    - コラムディレクトリのハードリンクが作成できない理由
  - 隣接リストモデル
    - NULLが許容される理由
  - 経路列挙モデル
  - 入れ子集合モデル
    - 入れ子集合をテーブルで表現する
    - リレーショナルモデルと相性が悪い理由
  - クロージャテーブル
  - ツリーとSQLに関する考察
- 10.5 まとめ
第11章インデックスの設計戦略
- 11.1 インデックスの働き
  - RDBのインデックス
  - インデックスの左端と範囲検索
  - セカンダリインデックスの更新
- 11.2 インデックスの種類
  - ハッシュインデックス
  - 全文検索インデックス
    - 形態素解析
    - Nグラム
  - Rツリーインデックス
  - 関数インデックス
  - ビットマップインデックス
    - コラムクラスタインデックス
- 11.3 パーティショニング
  - パーティショニングとは
  - パーティショニングが適しているケース
  - パーティショニングと一意性制約
  - パーティショニングについてよくある誤解
- 11.4 リレーショナルモデルとインデックス
  - インデックスはリレーショナルモデルの一部ではない
  - 正規化とインデックス
    - カラム数が絞られる
    - 問題児NULL
- 11.5 指令：最適なインデックスを探せ！
  - 必要なインデックス
  - インデックスのアクセス特性
  - インデックスが使用される構文
    - WHERE句
    - JOIN
    - 相関サブクエリ
    - ソート
    - カヴァリングインデックス
    - ORとインデックス
  - 最適なインデックスを探すための戦略
    - インデックス ≠ 候補キー
    - カラムの並び順
    - カーディナリティ
    - 最適な組み合わせを探す
    - 難しい作業に立ち向かう
    - 真の最適解にこだわらない
    - コラムこんなインデックス設計はゴミ箱行きだ！
- 11.6 まとめ
第12章 Webアプリケーションのためのデータ構造
- 12.1 キャッシュという考え方
  - メリット/デメリット
    - メリット
    - デメリット
  - DBアプリケーションにおけるキャッシュ
  - キャッシュはあくまでもキャッシュ
  - キャッシュとして使うための要件
  - キャッシュすべきデータの種別
    - キャッシュすべきではないデータ
    - キャッシュが可能なデータ
- 12.2 キャッシュの実装方法
  - NoSQLをキャッシュとして使う
    - 論理データはRDBで管理する
    - データ同期の際の注意点
    - コラム NoSQLでRDBは置き換えられるか？
  - テーブルをキャッシュとして使う
    - 集計テーブル
    - 結合済みのデータ
    - ディスクI/Oを削減できる
    - ソートとの相性が良い
    - NewSQLとの相性が良い
    - タグ
    - コラム転置インデックスを使用して検索を高速化する
- 12.3 スケールアウト
  - レプリケーション
    - レプリケーションのしくみ
    - スレーブへの問い合わせ方式
    - データの論理的整合性と非同期レプリケーション
  - シャーディング
    - シャーディングのしくみ
    - シャーディングの最大の問題点
    - NoSQLのシャーディング
- 12.4 まとめ
第13章リファクタリングの最適解
- 13.1 リファクタリング
  - DBのリファクタリングは大変
  - マルチアプリケーションにおけるDB環境
  - なぜリファクタリングが必要なのか
  - リファクタリングの手順
  - スキーマの移行期間
  - 反復的なリファクタリング
    - 回帰テスト
    - ベンチマークテスト
    - マイグレーション利用のススメ
    - トリガーを使って2つのテーブル間で同期を取る
- 13.2 リファクタリングの種類
  - インデックスの追加・削除
  - カラム名の変更
  - NOT NULL制約の導入
  - 主キーの定義変更
  - 無損失分解
  - テーブルの垂直分割と統合
    - コラム関連テーブルの実態
- 13.3 リファクタリングのためのベストプラクティス
  - 正規化と直交性
  - カラムではなくテーブルを追加する
  - SELECT * を使わない
  - アプリケーションを疎結合に
- 13.4 まとめ
第14章トランザクションの本質
- 14.1 トランザクション
  - トランザクションの機能
    - 同時実行制御
    - クラッシュリカバリ
  - トランザクションの鍵，スケジュール
    - 処理の並列化は必要不可欠
    - 同時自動制御の鍵，スケジュール
  - 「データの正しさ」の定義
  - スケジューラの性能
- 14.2 トランザクションの特徴
  - ACIDとは
    - 原子性（Atomicity）
    - 一貫性（Consistensy）
    - 分離性（Isolation）
    - 永続性（Durability）
  - さまざまな異常
    - ロストアップデート
    - インコンシステントリード
    - ダーティリード
    - ノンリピータブルリード
    - ファントムリード
  - スケジュールとロック
  - デッドロック
  - トランザクションの分離レベル
  - MVCC
  - クラッシュリカバリ
    - DBサーバのコンポーネント
- 14.3 トランザクションとデータモデルの融合
  - リレーショナルモデルとACIDの「C」
  - リレーショナルモデルと異常
  - 正規化と直交性
  - 制約
    - データモデルだけでは不十分である理由
    - 制約を活用してデータを守る
    - NOT NULL
    - 一意制約
    - CREATE TYPE
    - CHECK制約
    - 外部キー制約
    - トリガー
- 14.4 まとめ