5. データベース設計

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データベース設計の概要

データベース設計とは

データベース設計は、システムやアプリケーションが効率的かつ効果的にデータを管理・操作できるように、データベースの構造やそのデータの関係性を設計するプロセスです。データの構造、制約、リレーションシップ、パフォーマンスの最適化を考慮し、システムが正確でスムーズに機能するための重要な設計です。

データベース設計の目的

データの効率的な保存と管理

無駄のないデータ保存とデータ取得、冗長性や重複を排除します。

データの整合性の確保

正確なデータが一貫して管理されるようにし、データの不整合や矛盾を防止します。制約（主キー、外部キー、ユニーク制約、NOT NULLなど）でデータの正確性を保証します。

パフォーマンスの最適化

大量のデータに対してもクエリが高速に実行できるよう、インデックスや適切なデータ型を利用してパフォーマンスを最適化します。

リレーションシップ

テーブル間の関係（リレーション）を定義し、データの関連性を管理します。

データの整合性

データベース内でデータの一貫性を保つため、制約やリレーションを設定します。

スケーラビリティ

将来的にデータ量が増加した場合にも、システムがパフォーマンスを維持できるように設計します。

データベース設計の主な手順

項目 説明
要件定義 システムがどのようなデータを扱い、どのような処理が必要かを定義
概念設計 Entity（実体）、Property（属性）、Relationship（関係）などを抽象的に定義
論理設計 Entityがテーブル、Propertyがカラム、Relationshipが外部キーなどで設計
物理設計 論理設計をDBMSに実装できる形に変換。パーティショニング、パフォーマンスなども設計
実装 データベース設計を、DBMS（MySQL、PostgreSQL、Oracleなど）に実装
テストと最適化 実装されたデータベースが期待通りに動作するかをテスト

テーブル定義書

テーブル定義書とは

テーブル定義書は、データベース設計において、各テーブルの構造や詳細情報のドキュメントです。リレーショナルデータベースではSQLを作成する必要がありますが、内部設計では、SQLを作成する前にテーブル定義書を作成するのが一般的です。

テーブル定義書の内容

テーブル定義書には、以下の要素が含まれます。

項目 説明 備考
データベース名 データベースのスキーマ名前
テーブル名 データを格納するテーブル名前
カラム名 テーブル内の各カラムの名前
データ型 各カラムに格納されるデータの型 INT, VARCHAR, DATE, BOOLEAN
制約 カラムやテーブルに対して設けられる制約 PRIMARY KEY, FOREIGN KEY, UNIQUE, NOT NULL
デフォルト値 カラムデータがNULLのデフォルトの値
インデックス 検索性能向上など、特定のカラムに設定するインデックス
リレーション テーブル間の関係性 1対多、多対多など
トリガーや制約 データ更新時に自動的に実行される処理 価格の変更に伴う在庫調整など
エンジン データベースのストレージエンジン MySQLのInnoDB、PostgreSQLの標準エンジンなど
説明 各テーブルやカラム、制約の役割や目的の説明
SQL
CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    username VARCHAR(50) UNIQUE NOT NULL,
    email VARCHAR(100) UNIQUE NOT NULL,
    password VARCHAR(255) NOT NULL,
    created_at DATETIME NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    updated_at DATETIME NULL DEFAULT NULL
);

テーブル定義書の例

概要

項目 内容
テーブル名 users
説明 ユーザーの情報を管理
エンジン InnoDB
作成者 東京　太郎
作成日 2022/09/01
更新日 2022/10/11

カラム定義

カラム名 データ型 制約 デフォルト値 説明
id INT PRIMARY KEY, AUTO_INCREMENT なし ユーザーを一意に識別するID
username VARCHAR(50) UNIQUE, NOT NULL なし ユーザーのログイン名
email VARCHAR(100) UNIQUE, NOT NULL なし ユーザーのメールアドレス
password VARCHAR(255) NOT NULL なし ハッシュ化されたユーザーのパスワード
created_at DATETIME NOT NULL CURRENT_TIMESTAMP ユーザーの作成日時
updated_at DATETIME NULL NULL ユーザー情報の最終更新日時

インデックス

インデックス名 カラム
idx_username username
idx_email email

リレーション

テーブル 関係 外部キー制約
orders 1対多 users.id = orders.user_id

ER図

ER図とは

ER図（Entity-Relationship Diagram）は、データベース設計において、データの構造や関係性を視覚的に表現する図です。システム内のデータやそのデータ間の関係を視覚的に整理し、データベースの設計や理解を助けます。

ER図の主な要素

ER図は主に以下の3つの要素で構成されます。

Entity（エンティティ）

Entityは、データベース内で保存される対象（実体）です。たとえば「ユーザー」や「注文」など、システム内で管理する対象です。

Attribute（属性）

Attributeは、Entityが持つデータの個別項目を指します。たとえば、「users」テーブルには「ユーザー名」「メールアドレス」「パスワード」などのAttributeが含まれ、カラムに対応します。Attributeは楕円形で表されます。

Relationship（リレーションシップ）

Relationshipは、Entity間の関係を表します。たとえば、「ユーザー」が「注文」を行うという関係は、ユーザーエンティティと注文エンティティの間のリレーションシップです。Relationshipは菱形で表されます。

ER図の記号と構成

項目 説明 記号
Entity データベースで管理される主な対象 四角形
Attribute Entityが持つデータの詳細 楕円形
Relationship Entity間の関係性 菱形
Primary Key 各Entityの一意の識別子 下線
Foreign Key 他のEntityとの関連を示す属性
Cardinality 他のEntityとの関連を示す属性 1:1、1:N、N:N

データベース定義のツール

データベース定義書を作成する際、効率的に作業を進めるためのツールは多く存在します。データベース設計、ER図、スキーマ定義、リレーションの可視化、ドキュメントの自動作成など、さまざまな機能を提供しています。

テーブル定義書作成ツール

Excel

Excelは利用頻度が高いソフトのため、データベース定義書作成で利用されることが多くあります。Excelでテンプレートを作成しておけば、誰でも閲覧・編集ができるのがメリットです。

A5:SQL Mk-2

A5:SQL Mk-2は、Windows用のフリーのデータベースクライアントです。データベース管理の他に、Excelフォーマットでテーブル定義書がエクスポートできます。

https://a5m2.mmatsubara.com/

ER図ツール

Draw.io (diagrams.net)

Draw.ioは、無料で利用できるオンライン図作成ツールで、ER図の他にフローチャート、UML図などもサポートしています。クラウドストレージ（Google DriveやDropbox）と連携可能です。

https://www.diagrams.net

MySQL Workbench

MySQL用の公式ツールで、データベースの設計、ER図作成、スキーマ定義が行えます。データベースからER図を自動生成するリバースエンジニアリング機能も備えています。

https://www.mysql.com/products/workbench/

Mermaid

Mermaidは、Markdown内でダイアグラムを描画できるツールで、ER図やフローチャートなどの図をコード形式で生成できる便利なツールです。

ER図のMermaid
erDiagram
    users {
        int id PK
        string username
        string email
        string password
        datetime created_at
        datetime updated_at
    }
    orders {
        int id PK
        datetime order_date
        int user_id FK
    }
    products {
        int id PK
        string name
        decimal price
    }
    order_items {
        int id PK
        int order_id FK
        int product_id FK
        int quantity
    }
    
    users ||--o{ orders : "places"
    orders ||--o{ order_items : "contains"
    products ||--o{ order_items : "listed in"

Microsoft Visio

Microsoftのプロフェッショナル向け図作成ツールで、ER図やデータベーススキーマを視覚的に設計可能です。Microsoft SQL Serverとの連携も強力です。

https://www.microsoft.com/ja-jp/microsoft-365/visio/flowchart-software

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