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Agora que sabemos o que são bancos de dados, como são estruturados internamentes e como modelar um banco de dados, vamos entrar a fundo na linguagem SQL, mostrando toda a potencialidade dela.
Como e quando usar SQL?
SQL é a linguagem de comunicação com bases de dados relacionais. Quando vamos usar um banco de dados relacional, é quase certo que podemos usar uma linguagem em comum com ele para consultar, adicionar ou remover dados, mas o SQL possui outras funcionalidades além do acesso ao dados. Através do SQL é possível gerenciar transações e permissões, assuntos ainda não cobertos.
Então todo banco relacional implementa SQL?
Sim e não. Na verdade quase todo banco considerado relacional dá algum suporte a linguagem SQL, mas isso não significa que ele implementa todas as funcionalidade. É preciso lembrar que SQL é um padrão em constante evolução e que nem todas as funcionalidades fazem sentido para todos os bancos.
Alguns bancos também podem optar por fazer adaptações, ou extensões, da linguagem, por isso é importante conhecer a documentação do banco que se está usando. Aqui usaremos o PostgreSQL como exemplo, então, caso queira um tutorial, recomendo seguir o do W3Schools ou a documentação oficial do PostgreSQL.
Para melhor didática vamos começar a configurar o ambiente do zero criando e configurando uma base de dados. Então acessa o repositório github.com/vepo/sql-database-tutorial e segue pelo tópico 3. SQL Tutorial: Database Navigation and Querying.
Como é o modelo de dados que estamos trabalhando?
Antes de começarmos, precisamos brevemente entender o modelo de dados que vamos usar. Vamos usar uma base de dados que mapeia a estrutura de uma empresa. Quais funcionários existem, quais departamentos eles estão alocados, quais são os orçamentos alocados e quais projetos existem. Na imagem abaixo, está o diagrama de entidades e mais abaixo o script usando para criação das tabelas.
CREATE TABLE employees (
employee_id SERIAL PRIMARY KEY,
first_name VARCHAR(50) NOT NULL,
last_name VARCHAR(50) NOT NULL,
email VARCHAR(100) UNIQUE NOT NULL,
phone VARCHAR(20),
hire_date DATE NOT NULL,
job_title VARCHAR(100) NOT NULL,
department_id INT,
salary DECIMAL(10,2) CHECK (salary >= 0),
manager_id INT REFERENCES employees(employee_id),
created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);
-- Departments table
CREATE TABLE departments (
department_id SERIAL PRIMARY KEY,
department_name VARCHAR(100) NOT NULL,
location VARCHAR(100),
budget DECIMAL(15,2),
manager_id INT REFERENCES employees(employee_id)
);
-- Projects table
CREATE TABLE projects (
project_id SERIAL PRIMARY KEY,
project_name VARCHAR(200) NOT NULL,
start_date DATE,
end_date DATE,
budget DECIMAL(15,2),
status VARCHAR(20) CHECK (status IN ('Planning', 'Active', 'On Hold', 'Completed', 'Cancelled'))
);
-- Employee projects (junction table)
CREATE TABLE employee_projects (
employee_id INT REFERENCES employees(employee_id),
project_id INT REFERENCES projects(project_id),
role VARCHAR(50),
hours_worked DECIMAL(5,2),
PRIMARY KEY (employee_id, project_id)
);É importante notar a cardinalidade de alguns elementos. Um funcionário trabalha para um departamento que possui um gerente. Cada funcionário também possui um gerente, que pode não ser o mesmo do departamento. Cada funcionátrio trabalha em vários projetos, possuindo papeis diferentes. Os projetos não são ligados aos departamentos, podendo ter funcionários de diversos departamentos.
O modelo é propositadamente complexo para possibilitar a elaborações de queries com junções e subqueires. A pessoa que deseja escrever queries tem que estar ciente da cardinalidade das relações para que não sejam extraídas informações inverídicas.
Já que conhecemos o modelo de dados, podemos partir para a interação com ele.
Como conectar com uma base de dados?
Todo desenvolvedor comumente se refere aos Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados (SGDB, ou DBMS de Database Management System) como base de dados ou databases, mas uma instância do PostgreSQL, ou de qualquer outra base de dados, pode gerenciar diversas base de dados em paralelo.
Normalmente quando nossa aplicação conecta com um banco de dados, precisamos saber o hostname, a porta e o banco de dados que queremos nos conectar. Mas como vamos conectar localmente usando as ferramentas de linha de comando, não precisamos dessas informações. Mas precisamos selecionar, dentro do programa, qual base de dados queremos usar.
Todo SGDB pode conter mais de uma base de dados e cada base de dados pode conter mais de uma tabela, tanto que existe uma série de comandos para criar a apagar bases de dados, que são comuns na linguagem SQL. Mas a forma como selecionamos qual base estamos usando varia de acordo com a base em uso. Para PostgreSQL, se usa \c company_db, já no MySQL e no SQL Server se usa USE company_db.
CREATE DATABASE company_db; -- Cria um banco de dados chamado 'company_db'DROP DATABASE company_db; -- Destruir um banco de dados chamado 'company_db'\c company_db -- Acessando um banco de dados chamado 'company_db'Então agora que conectamos a nossa base de dados dentro do SGDB, vamos criar queries?
Como escrever consultas (queries)?
É preciso lembrar que qualquer consulta a uma base de dados SQL envolve o conceito de Algébra Relacional já discutido anteriormente. Consultas são feitas usando o comando SELECT que sempre é construído através do padrão SELECT <atributos> FROM <relação>, onde atributos é o conjunto de colunas que desejamos selecionar e relação é as tabelas ou qualquer outra consulta. Dessa forma a consulta mais simples que podemos fazer é listar todos as linhas e todas as colunas de uma tabela, conforme feito abaixo com a tabela departments.
SELECT * FROM departments; -- '*' significa a seleção de todos os atributos presentes na relaçãoUma consulta, em muitas situações, pode não ser eficiente, porque é bom lembrar que ao enviar uma consulta para um SGDB, este terá que consultar o disco para encontrar todas as linhas e todos os atributos e enviar de volta para o cliente. Essa operação pode ser bastante demorada devido ao tempo de acesso ao disco, e ao tempo de envio dessa informação entre os processos. Por isso é muito incomum fazer esse tipo de requisição em sistemas.
Consultas com Seleção e Projeção
Em sistemas, praticamente todas as consultas passam pelas operações de seleção e projeção para se evitar o acesso desncessário ao dados. Isso é feito para que não se adicione latência a operação sendo realizada e para que o sistema não use memória desnecessária.
Vamos supor que eu precise saber o identificador e a cidades em que está localizado um determinado departamento, ignorando o budget e o gerente do mesmo. Ao invés de selecionar todos os departamentos, posso fazer uma consulta específica como a consulta abaixo.
SELECT department_id, location FROM departments WHERE department_name = 'Sales';Na consulta acima, extendemos nossa consulta inicial para fazer a projeção através do conjunto de atributos 'department_id, location' da relação que contêm todos os elementos da tabela departments com o nome Sales, ou seja, pegamos a tabela departments e aplicamos uma seleção.
Em toda consulta, podemos adicionar a declaração WHERE para filtrar, durante a leitura, as linhas que serão consideradas parte da relação. A declaração WHERE será composta por um predicado booleano que ao ser aplicado em cada linha define se a mesma pode ser adicionada ou não na relação. Esse predicado pode ter outras consultas, como no caso abaixo.
SELECT department_id,
location
FROM departments
WHERE department_id NOT IN (SELECT DISTINCT department_id
FROM employees
WHERE department_id IS NOT NULL
);Consultas com Junção
Outra funcionalidade importantíssima do SQL é a possibilidade de fazer junções entre tabelas. No nosso modelo podemos identificar diversas tabelas com relacionamentos e todos esses relacionamentos podem ser escritos na forma de junções. Por exemplo, se desejarmos saber qual é o custo de um departamento e o valor alocado para mesmo, podem ser tentado a fazer esse calculo usando as tabelas departments, employees, employee_projects e projects.
SELECT
dep.department_id,
dep.department_name,
dep.budget,
SUM(prj.budget) as project_budget,
SUM(emp.salary) as employee_salaries
FROM departments dep
LEFT JOIN employees emp ON emp.department_id = dep.department_id
LEFT JOIN employee_projects emp_prj ON emp_prj.employee_id = emp.employee_id
LEFT JOIN projects prj ON prj.project_id = emp_prj.project_id
GROUP BY dep.department_id
ORDER BY dep.department_name ASC;Na consulta acima foi utilizado três novas declarações que quero explicar aqui. JOIN, GROUP BY e ORDER BY.
Os JOIN são usados para fazer junções entre tabelas, ou seja, criar uma nova relação a partir de duas outras. No exemplo acima, foi usado o LEFT JOIN que cria uma nova relação com todas as linhas da tabela da esquerda e as linhas da tabela da direita que satisfazem a condição dada. Caso não existam linhas na tabela da direita que satisfaçam a condição, então os atributos dessas linhas serão nulos. Existem outros tipos de JOIN, que veremos a seguir.
O GROUP BY é usado para agrupar linhas que possuem o mesmo valor em determinados atributos. No exemplo acima, todas as linhas que possuem o mesmo department_id são agrupadas em uma única linha. Isso é útil quando queremos fazer agregações, como somas ou médias, sobre grupos de linhas. GROUP BY não é obrigatório em todas as consultas, mas é necessário quando a cardinalidade da relação resulta em múltiplas linhas para o mesmo valor de um atributo que está sendo selecionado e podemos já requerer uma agregação dos dados, evitando processamento desnecessário no cliente.
O ORDER BY é usado para ordenar as linhas da relação resultante de acordo com os valores de um ou mais atributos. No exemplo acima, as linhas são ordenadas pelo atributo department_name em ordem crescente (ASC). Também é possível ordenar em ordem decrescente usando a palavra-chave DESC. Importante lembrar que o ORDER BY pode ser aplicado mesmo quando o JOIN ou o GROUP BY não são usados, foi usado aqui como demonstrativo apenas, ele pode ser usando em qualquer consulta.
Tipos de Junção
Existem diversos tipos de junção que podem ser usados em SQL, cada um com suas características e usos específicos. Os principais tipos de junção são:
-
INNER JOIN: Retorna apenas as linhas que possuem correspondência em ambas as tabelas. Ou seja, somente as linhas que satisfazem a condição de junção são incluídas na relação resultante. -
LEFT JOIN(ouLEFT OUTER JOIN): Retorna todas as linhas da tabela da esquerda e as linhas correspondentes da tabela da direita. Se não houver correspondência, os atributos da tabela da direita serão nulos. -
RIGHT JOIN(ouRIGHT OUTER JOIN): Retorna todas as linhas da tabela da direita e as linhas correspondentes da tabela da esquerda. Se não houver correspondência, os atributos da tabela da esquerda serão nulos. -
FULL JOIN(ouFULL OUTER JOIN): Retorna todas as linhas de ambas as tabelas. Se não houver correspondência, os atributos da tabela que não possui correspondência serão nulos. -
CROSS JOIN: Retorna o produto cartesiano das duas tabelas, ou seja, todas as combinações possíveis entre as linhas das duas tabelas. É o único tipo deJOINque não requer uma condição de junção.
Uma junção sempre é feita entre duas tabelas e baseada em uma condição que define como as linhas das duas tabelas devem ser combinadas. A condição é definida após a palavra-chave ON e geralmente envolve a comparação de atributos que possuem algum tipo de relacionamento entre as tabelas. Por exemplo, na consulta abaixo, estamos fazendo um INNER JOIN entre as tabelas employees e departments com base no atributo department_id, que é comum a ambas as tabelas.
SELECT emp.first_name,
emp.last_name,
dep.department_name
FROM employees emp
LEFT JOIN departments dep
ON emp.department_id = dep.department_id;Funções de Agregação
Na consulta que fizemos anteriormente, usamos a função de agregação SUM para calcular o total de salários dos funcionários em cada departamento. Funções de agregação são usadas para realizar cálculos em um conjunto de valores e retornar um único valor. As principais funções de agregação em SQL são:
-
COUNT(): Conta o número de linhas em um conjunto de resultados. -
SUM(): Calcula a soma dos valores em um conjunto de resultados. -
AVG(): Calcula a média dos valores em um conjunto de resultados. -
MIN(): Retorna o valor mínimo em um conjunto de resultados. -
MAX(): Retorna o valor máximo em um conjunto de resultados.
Funções de agregação são frequentemente usadas em conjunto com a cláusula GROUP BY para agrupar linhas e calcular valores agregados para cada grupo.
Subconsultas
Outra funcionalidade poderosa do SQL é a capacidade de usar subconsultas, que são consultas aninhadas dentro de outras consultas. Subconsultas podem ser usadas em várias partes de uma consulta, como na cláusula SELECT, FROM ou WHERE. Elas permitem que você realize consultas mais complexas e dinâmicas.
WHERESELECT
dep.department_id,
dep.department_name,
dep.budget,
-- Calcula o orçamento dos projetos separadamente
(SELECT COALESCE(SUM(DISTINCT prj.budget), 0)
FROM projects prj
JOIN employee_projects emp_prj ON prj.project_id = emp_prj.project_id
JOIN employees emp ON emp_prj.employee_id = emp.employee_id
WHERE emp.department_id = dep.department_id) as project_budget,
-- Calcula o total de salários dos funcionários separadamente
(SELECT COALESCE(SUM(emp.salary), 0)
FROM employees emp
WHERE emp.department_id = dep.department_id) as employee_salaries
FROM departments dep
ORDER BY dep.department_name ASC;A subconsulta acima calcula o orçamento dos projetos e o total de salários dos funcionários para cada departamento separadamente, evitando o problema de duplicação de linhas que ocorreu na consulta anterior. A subconsulta é executada para cada linha do resultado da consulta principal, permitindo que você obtenha valores dinâmicos com base nos dados atuais.
Talvez você tenha imaginado que essa consulta é mais lenta do que a anterior, mas na verdade, dependendo do otimizador de consultas do SGDB, essa consulta pode ser mais eficiente, pois evita a criação de relações intermediárias com cardinalidade maior do que o necessário.
Outra vantagem das subconsultas é a sua capacidade de tornar as consultas mais legíveis e fáceis de entender, especialmente quando lidamos com consultas complexas que envolvem várias tabelas e condições.
Nessa consulta, também usamos a função COALESCE, que retorna o primeiro valor não nulo em uma lista de argumentos. Isso é útil para garantir que, se não houver projetos ou funcionários em um departamento, o valor retornado seja 0 em vez de nulo.
Common Table Expressions (CTEs)
Uma outra forma de estruturar consultas complexas em SQL é através do uso de Common Table Expressions (CTEs), que são definidas usando a cláusula WITH. CTEs permitem que você defina consultas temporárias que podem ser referenciadas dentro da consulta principal, tornando o código mais organizado e legível.
A consulta abaixo reescreve a consulta anterior usando CTEs para calcular o orçamento dos projetos e o total de salários dos funcionários para cada departamento.
WITH department_employees AS (
SELECT
department_id,
SUM(salary) as total_salary
FROM employees
GROUP BY department_id
),
department_projects AS (
SELECT
emp.department_id,
SUM(DISTINCT prj.budget) as total_project_budget
FROM projects prj
JOIN employee_projects emp_prj ON prj.project_id = emp_prj.project_id
JOIN employees emp ON emp_prj.employee_id = emp.employee_id
GROUP BY emp.department_id
)
SELECT
dep.department_id,
dep.department_name,
dep.budget,
COALESCE(dp.total_project_budget, 0) as project_budget,
COALESCE(de.total_salary, 0) as employee_salaries
FROM departments dep
LEFT JOIN department_employees de ON dep.department_id = de.department_id
LEFT JOIN department_projects dp ON dep.department_id = dp.department_id
ORDER BY dep.department_name ASC;Essa consulta usa duas CTEs: department_employees e department_projects, que calculam o total de salários dos funcionários e o orçamento dos projetos para cada departamento, respectivamente. A consulta principal então junta essas CTEs com a tabela departments para obter os resultados finais. Usar CTEs pode tornar consultas complexas mais fáceis de entender e manter, além de permitir a reutilização de consultas temporárias dentro da consulta principal.
Como inserir dados?
Agora que sabemos como consultar dados, precisamos saber como inserir novos dados na base. Para isso usamos o comando INSERT INTO, que permite adicionar novas linhas a uma tabela existente.
departmentsINSERT INTO departments (department_name, location, budget)
VALUES ('Research & Development', 'Austin', 950000.00)Essa consulta insere um novo departamento chamado "Research & Development" localizado em "Austin" com um orçamento de 950.000,00 na tabela departments. É importante garantir que os valores inseridos estejam de acordo com as restrições definidas na tabela, como tipos de dados e chaves primárias.
Uma insersão sempre terá o formato INSERT INTO <tabela> (<atributos>) VALUES (<valores>), onde tabela é a tabela onde os dados serão inseridos, atributos é o conjunto de colunas que receberão os valores e valores é o conjunto de valores a serem inseridos.
Os valores inseridos podem ser constantes, como no exemplo acima, ou podem ser o resultado de uma consulta. Nesse caso, a consulta deve retornar um conjunto de resultados que corresponde ao número e tipo de atributos especificados na cláusula INSERT INTO.
employees a partir de uma consultaINSERT INTO employees (first_name, last_name, email, hire_date, job_title, department_id, salary)
SELECT first_name, last_name, email, hire_date, job_title, department_id, salary
FROM temp_employees
WHERE hire_date >= '2025-01-01';Como atualizar dados?
Para atualizar dados existentes em uma tabela, usamos o comando UPDATE, que permite modificar os valores de uma ou mais colunas para linhas que satisfazem uma determinada condição. O comando UPDATE é estruturado da seguinte forma: UPDATE <tabela> SET <atributo>=<valor> WHERE <condição>.
É sempre importante usar a cláusula WHERE para evitar atualizar todas as linhas da tabela, a menos que essa seja a intenção.
departments-- Aumenta o salário dos funcionários do departamento 1 em 10%
UPDATE employees
SET salary = salary * 1.10
WHERE department_id = 1;
-- Atualiza o orçamento dos departamentos com base no total de
-- salários dos funcionários usando um overhead de 20%
UPDATE departments dep
SET budget = (
SELECT SUM(salary) * 12 * 1.20 -- 20% overhead
FROM employees emp
WHERE emp.department_id = dep.department_id
)
WHERE budget IS NULL;Conclusão
Agora sabemos fazer operações básicas de consulta, inserção e atualização de dados em uma base de dados SQL. Também aprendemos sobre junções, agregações, subconsultas e CTEs, que são ferramentas poderosas para trabalhar com dados relacionais. Esse conhecimento é essencial para qualquer desenvolvedor que trabalhe com bancos de dados relacionais e nos prepara para explorar funcionalidades mais avançadas do SQL em futuras imersões.
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