3. Modelo relacional

Origen e importancia

Se plantea como un sistema sencillo y potente formado por una BD como conjunto de tablas con filas y columnas, con las tablas asociadas entre sí.

El modelo relacional se origina en los 70, sustituyendo a otros modelos como el jerárquico o en red. Es el modelo más ampliamente utilizado por la sencilla representación de los datos y la facilidad para formular consultas. Hay todo un ecosistema de RDBMS de diversas empresas.

Hay otros modelos competidores como el modelo objeto-relacional o la renovación de "viejas ideas" como los datos jerárquicos.

Un lenguaje relacional permite la definición (DDL) y la manipulación (DML) de los datos. El modelo soporta consultas sencillas y potentes con una semántica precisa de consulta relacional. El DBMS optimiza las operaciones.

El estándar SQL ha ido evolucionando. Son reseñables SQL-92, que supuso una importante revisión, y SQL-99, que añade extensiones importantes y es el estándar actual.

Definiciones

Una base de datos relacional está compuesta de relaciones.

Una relación está compuesta de dos partes. Por un lado, un esquema que define el nombre de la relación y el nombre y tipo de cada columna (atributo, campo). Por otro lado, instancias que corresponden con valores de la tabla (registro, tupla) con todas las tuplas distintas.

Creación de relaciones

Hay que crear la relación (tabla) con sus atributos, especificando los tipos para cada campo. El tipado se impone por el DBMS al añadir o modificar tuplas.

Es habitual la existencia de diversas tablas que estarán eventualmente relacionadas.

Ejemplo de creación de tablas:

CREATE TABLE Estudiante (
    nia INTEGER,
    nombre CHAR(20),
    login CHAR(10),
    edad INTEGER,
    notam REAL
)

CREATE TABLE Matricula (
    nia INTEGER,
    cod CHAR(20),
    nota REAL
)

Destrucción y modificación de tablas

La destrucción de una relación implica su borrado del esquema y el borrado de todas su tuplas.

DROP TABLE Estudiante

La modificación de un esquema se puede hacer añadiendo, borrando o modificando campos. Para campos añadidos, todas las tuplas son extendidas con valor null en ese campo.

ALTER TABLE Estudiante
    ADD COLUMN matr DATE

Añadir, borrar y modificar tuplas

Se puede insertar una tupla en la relación:

INSERT INTO Estudiante (nia, nombre, login, edad, notam)
    VALUES (5557, 'Rojo', 'rojo@cie', 23, 8.0)

El borrado se realiza indicando la condición que cumplirán todas las tuplas a ser borradas:

DELETE FROM Estudiante E WHERE E.nombre='Ledesma'

La modificación se realiza igualmente con una condición de selección de tuplas:

UPDATE Estudiante E SET E.edad=E.edad+1 WHERE E.nia=5557

Restricciones de integridad

Las restricciones de integridad (RI) son condiciones de validez que tienen que cumplirse para cualquier instancia de la base de datos. Se especifican al definir el esquema y el DBMS las comprueba cuando se modifican las relaciones.

Una instancia legal es aquella que satisface todas las restricciones de integridad.

En las RI se usa la semántica del mundo real descrito. Hay restricciones de dominio (tipos), clave primaria, clave foránea... También se soportan otras más generales.

Claves primarias y candidatas

Una clave (candidata) identifica unívocamente cada tupla por medio de un subconjunto mínimo de campos. Hay que elegir entre una de las claves candidatas la que será la clave primaria, y el resto son claves alternativas.

Las claves primarias fuerzan ciertas condiciones. No existen dos tuplas con los mismos valores en todos los campos de la clave (a tener en cuenta para valores null), y ningún subconjunto de la clave puede ser un identificador único.

Las claves candidatas se especifican con UNIQUE, y la que es elegida como primaria, con PRIMARY KEY.

CREATE TABLE Matricula (
    nia    INTEGER,
    cod    CHAR(20),
    nota    REAL,
    PRIMARY KEY (nia, cod)
)

CREATE TABLE Estudiante (
    nia    INTEGER,
    nombre    CHAR(20),
    login    CHAR(10),
    edad    INTEGER,
    notam    REAL,
    UNIQUE (nombre, edad),
    CONSTRAINT claveEst PRIMARY KEY (nia)
)

En el ejemplo anterior se le da nombre a la restricción para identificar errores más fácilmente.

Claves foráneas, integridad referencial

Una clave foránea (o externa) es un conjunto de campos en una relación que sirven para referenciar tuplas en otra relación. La referenciada debe ser una clave primaria para asegurar que solo se hace referencia a una única tupla.

La integridad referencial se refiere a la imposición de las restriciones referenciales. Por ejemplo: solo los estudiantes listados en Estudiante son admitidos en la Matrícula de cursos.

CREATE TABLE Matricula (
    nia    INTEGER,
    cod    CHAR(20),
    nota    REAL,
    PRIMARY KEY (nia, cod),
    FOREIGN KEY (nia) REFERENCES Estudiante
)

Una clave foránea puede hacer referencia a la misma relación en la que se encuentra. El null cumple la restricción de clave foránea pero no la de clave primaria (no puede ser clave primaria, pero sí puede servir para indicar una relación de clave foránea que no se ha dado aún).

Cumplimiento de la integridad referencial

Para cumplir la integridad referencial, hay que decidir qué hacer en cada caso cuando ésta pueda incumplirse.

En inserción con una referencia no existente, se realiza NO ACTION, es decir, se rechaza la inserción de la nueva tupla si tiene una referencia en una clave foránea que referencia a una tupla que no existe.

En el borrado de una tupla referenciada hay varias opciones:

• NO ACTION: Acción por defecto. Rechaza el borrado de la tupla referenciada si tiene referencias. (No se borra el estudiante hasta que no tenga matrículas que le hagan referencia)
• CASCADE: Se borra la tupla referenciada y todas aquellas que le referencian (se borra el estudiante y todas sus matrículas).
• SET DEFAULT: Se asignan las referencias a la tupla que se borra a una clave por defecto (al borrar el estudiante, sus matrículas pasan a referenciar un nia por defecto).
• SET NULL (en SQL): Al borrar la tupla referenciada, las referencias apuntan a null. Puede dar conflictos si la referencia (la clave foránea) se usa dentro de la clave primaria.

En la actualización de la clave primaria se actúa igual que en el borrado de una tupla referenciada.

CREATE TABLE Matricula (
    nia    INTEGER,
    cod    CHAR(20),
    nota    REAL,
    PRIMARY KEY (nia, cod),
    FOREIGN KEY (nia) REFERENCES Estudiante
        ON DELETE CASCADE
        ON UPDATE SET DEFAULT
)

La acción 'cascade' se propaga en cascada por las siguientes realciones que referencian a la tupla borrada o actualizada.

Otras restricciones

Restricciones de columna, que pueden ser NOT NULL, que evita que se asignen nulos a la columna, o CHECK, que especifica una condición de integridad.

CREATE TABLE Estudiante (
    nia    INTEGER,
    nombre    CHAR(20),
    login    CHAR(10),
    edad    INTEGER,
    notam    REAL NOT NULL,
    UNIQUE (nombre, edad),
    CONSTRAINT claveEst PRIMARY KEY (nia),
    CONSTRAINT notampos CHECK (notam>=0)
)

Otras restricciones son las aserciones y disipadores, que se verán más adelante.

Diseño lógico: ER -> Relacional

ERD (Diagrama Entidad-Relación)

ER (Entidad-Relación)

SQL

Tipos de relación -> tablas

Si la relación es 1-1, comprobamos si se pueden poner en términos de una única entidad.

Si la relación es 1-*, referenciamos en el lado * el valor único del lado 1.

Si la relación es *-*, habría que representar la relación como una nueva entidad que se relaciona con los dos extremos, siendo la nueva entidad el lado 1 en las dos nuevas relaciones creadas.

Traducción de la opcionalidad

Si la relación tiene 0 en algún extremo supone que pueden existir nulos.

Entidades débiles

Se da cuando una entidad se identifica con campos de otra entidad, y dicha relación es obligatoria. En otras palabras, se da cuando hay una clave foránea no nula que forma parte de la clave primaria.

Jerarquías ISA

Es una guía de elección, pero puede haber otros factores (cantidad de nulos, relaciones, consultas / combinación de tablas).

Tablas para las sublclases: diferencias entre ellas; todas en una tabla daría lugar a nulos y restricciones. Diferencia con la superclase; puede haber tablas para cada combinación superclase/subclase.

Tabla para la superclase: Si tiene asociaciones 1:*; las tablas que incluyen las claves foráneas deben apuntar a una única tabla.

Vistas y seguridad

Una vista es una tabla que no almacena tuplas ya que estas se obtienen a partir de una definición sobre tablas base. Permite restructurar el esquema lógico base e implementar políticas de acceso restringido a los datos.

Por ejemplo, la siguiente vista evitaría que se vean más datos de los necesarios (nia y nota media) de los estudiantes, y se restringe a que solo se vean los alumnos que cumplan la condición.

CREATE VIEW EstudianteMH (nia,notam)
    AS SELECT E.nia,E.notam
        FROM Estudiantes E
        WHERE E.notam >= 9.0