Fremdschlüssel: Beziehungen in Datenbanken verstehen

Eine Tabelle besteht aus Zeilen. Jede Zeile ist ein Datensatz. Damit man einen Datensatz sicher findet, braucht er einen Schlüssel. Das ist eine Spalte oder eine Gruppe von Spalten, deren Werte jede Zeile eindeutig machen.

Pro Tabelle gibt es ein oder mehrere Schlüsselkandidaten. Das sind Spaltenkombinationen, die als Schlüssel möglich wären. Einer davon wird als Primärschlüssel ausgewählt. Der Primärschlüssel ist der eigene Schlüssel des Datensatzes. Er sollte sich zeitlich nicht ändern. Er kann auch aus mehreren Attributen bestehen. Dann heißt er zusammengesetzter Primärschlüssel.

Ein Fremdschlüssel ist etwas anderes: Er ist ein Attribut (oder mehrere Attribute zusammen), das auf einen Primärschlüssel verweist. Wenn sich eine andere Tabelle auf eine Tabelle bezieht, steht dort deren Primärschlüssel als Fremdschlüssel, um auf einen Datensatz zu zeigen. Statt auf den Primärschlüssel kann er auch auf einen Schlüsselkandidaten verweisen. Die Tabelle, auf die er zeigt, kann eine andere oder dieselbe Tabelle sein. Ein Fremdschlüssel ist nicht zwingend eindeutig. Tabellen ganz ohne Fremdschlüssel heißen flache Tabellen.

Kurz: Der Primärschlüssel kennzeichnet die eigene Zeile. Der Fremdschlüssel zeigt auf eine Zeile in einer anderen oder derselben Tabelle. In einer Bibliothek ist bei der Tabelle Entliehen die Kombination (Nutzer-ID, Buch-ID) der Schlüssel. Jedes der beiden Attribute einzeln ist ein Fremdschlüssel.

Eine Bibliothek kann mit drei Tabellen arbeiten. Nutzer hat die Attribute Nutzer-ID, Vorname und Nachname. Buch hat die Buch-ID, den Titel und weitere Angaben. Entliehen hat nur die Attribute Nutzer-ID und Buch-ID.

In Nutzer stehen unter anderem die Zeilen 10 (Hans Vielleser), 11 (Jens Mittelleser) und 12 (Erich Wenigleser). In Buch stehen unter anderem die Zeilen 100 (Wir lernen SQL), 200 (Drucken leicht gemacht), 300 (Mein Leben mit Asterix), 400 (Eppur si muove) und 500 (Adam und Eva).

Jede Zeile der Tabelle Entliehen ordnet einer Nutzer-ID eine Buch-ID zu. So gehst du vor: Nimm die Zahl aus Entliehen. Suche sie im Primärschlüssel der anderen Tabelle. Dort steht der verbundene Datensatz. Die Tabelle mit dem Fremdschlüssel nennt man auch Detailtabelle. Hier ist das Entliehen.

So müssen Informationen nicht doppelt gespeichert werden. Bei Vorlesungsteilnehmern steht zum Beispiel nicht Name und Adresse, sondern nur die Matrikelnummer. Daraus ergeben sich alle weiteren Angaben.

Wie viele Datensätze miteinander verbunden sein können, hängt vom Beziehungstyp ab. R und S sind dabei zwei Tabellen. Bei einer 1:1-Beziehung ist jedem Datensatz aus R höchstens ein Datensatz aus S zugeordnet und jedem Datensatz aus S höchstens ein Datensatz aus R. Bei einer 1:n-Beziehung können einem Datensatz aus R kein, ein oder mehrere Datensätze aus S zugeordnet sein, aber jedem Datensatz aus S höchstens ein Datensatz aus R. Bei einer n:m-Beziehung können auf beiden Seiten mehrere Datensätze zugeordnet sein. Bei einer 1:1- und bei einer 1:n-Beziehung enthält S den Primärschlüssel aus R als Fremdschlüssel. Für eine n:m-Beziehung braucht man eine eigene Tabelle, die die Primärschlüssel beider Tabellen als Fremdschlüssel enthält. Auch Entliehen enthält die Primärschlüssel zweier Tabellen als Fremdschlüssel.

Die referenzielle Integrität (auch referentielle Integrität oder Beziehungsintegrität) besagt: Jeder Attributwert eines Fremdschlüssels muss auch als Attributwert des Primärschlüssels vorhanden sein. Datensätze dürfen über ihre Fremdschlüssel nur auf existierende Datensätze verweisen. Technisch wird das über den Fremdschlüssel umgesetzt. Fremdschlüssel und Primärschlüssel müssen vom selben oder einem kompatiblen Datentyp sein.

Das Datenbanksystem stellt sicher, dass nur Verweise auf existierende Datensätze möglich sind. Es prüft das beim Anlegen oder Löschen von Datensätzen und beim Ändern von Schlüsselfeldern. Zwei Regeln gelten dabei:

Regel 1: Ein neuer Datensatz mit Fremdschlüssel kann nur eingefügt werden, wenn in der referenzierten Tabelle ein Datensatz mit passendem Primärschlüsselwert existiert.

Regel 2: Ein Datensatz mit Primärschlüssel kann nur gelöscht oder in seinem Schlüssel geändert werden, wenn keine abhängigen Datensätze zu ihm in Beziehung stehen.

Verstößt eine Operation gegen die Regeln, gibt es eine Fehlermeldung. Der Datenbestand bleibt unverändert. Bei der Löschung gibt es auch eine Alternative: Der abhängige Datensatz wird gleich mitgelöscht (Löschweitergabe). Bei einer Schlüsseländerung kann eine Änderungsweitergabe die Fremdschlüssel in den abhängigen Datensätzen anpassen, statt die Änderung abzulehnen. Ohne Absicherung könnten inkonsistente Daten entstehen. Dann wäre bei der automatischen Verarbeitung zum Beispiel keine Versandadresse und kein Rechnungsempfänger bekannt. Jede Prüfung kostet allerdings Rechnerressourcen, insbesondere Zeit.

In SQL legst du den Fremdschlüssel beim Erzeugen der Tabelle mit CREATE TABLE fest. Die allgemeine Form lautet: FOREIGN KEY (Attributliste) REFERENCES Tabellenname (Attributliste). Ein Beispiel ist FOREIGN KEY (PersNr) REFERENCES Professor (PersNr) in der Tabelle Vorlesung. Dann kannst du mit INSERT INTO in Vorlesung nur Datensätze einfügen, deren PersNr in Professor als Primärschlüssel vorkommt.