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