sql-database-assistant
alirezarezvani/claude-skills
Traduza linguagem natural em consultas SQL, otimize o desempenho do banco de dados, gere migrações, explore esquemas e trabalhe com ORMs no PostgreSQL, MySQL, SQLite e SQL Server.
...Expandir tudoAssistente de Banco de Dados SQL - Habilidade de Nível AVANÇADO
Visão geral
O companheiro operacional do projeto de bancos de dados. Enquanto o projetista de bancos de dados se concentra na arquitetura do esquema e o projetista de esquemas de bancos de dados lida com a modelagem ERD, esta competência abrange o dia a dia: escrever consultas, otimizar o desempenho, gerar migrações e fazer a ponte entre o código da aplicação e os mecanismos de banco de dados.
Principais recursos
- Linguagem Natural para SQL — traduzir requisitos em consultas corretas e de alto desempenho
- Exploração de esquema — analisa bancos de dados ativos em PostgreSQL, MySQL, SQLite e SQL Server
- Otimização de consultas — análise EXPLAIN, recomendações de índices, detecção de N+1, padrões de reescrita
- Geração de migrações — scripts de atualização/reversão, estratégias sem tempo de inatividade, planos de reversão
- Integração com ORM — padrões e soluções alternativas para Prisma, Drizzle, TypeORM e SQLAlchemy
- Suporte a múltiplos bancos de dados — SQL sensível a dialetos com orientações de compatibilidade
Ferramentas
| Script | Finalidade |
|---|---|
scripts/query_optimizer.py |
Análise estática de consultas SQL para identificar problemas de desempenho |
scripts/migration_generator.py |
Geração de modelos de arquivos de migração a partir de descrições de alterações |
scripts/schema_explorer.py |
Gera documentação de esquema a partir de consultas de introspecção |
Linguagem natural para SQL
Padrões de tradução
Ao converter requisitos para SQL, siga esta sequência:
- Identifique entidades — mapeie substantivos para tabelas
- Identifique relações — mapeie verbos para JOINs ou subconsultas
- Identifique filtros — mapeie adjetivos/condições para cláusulas WHERE
- Identifique agregações — mapeie “total”, “média”, “contagem” para GROUP BY
- Identifique a ordenação — mapeie “top”, “mais recente”, “mais alto” para ORDER BY + LIMIT
Modelos comuns de consulta
Top-N por grupo (função de janela)
SELECT * FROM (
SELECT *, ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY department_id ORDER BY salary DESC) AS rn
FROM employees
) ranked WHERE rn <= 3;
Totais acumulados
SELECT data, valor,
SUM(valor) OVER (ORDER BY data ROWS BETWEEN UNBOUNDED PRECEDING AND CURRENT ROW) AS total_acumulado
FROM transações;
Detecção de lacunas
SELECT curr.id, curr.seq_num, prev.seq_num AS prev_seq
FROM records curr
LEFT JOIN records prev ON prev.seq_num = curr.seq_num - 1
WHERE prev.id IS NULL AND curr.seq_num > 1;
UPSERT (PostgreSQL)
INSERT INTO configurações (chave, valor, atualizado_em)
VALUES ('tema', 'escuro', NOW())
ON CONFLICT (chave) DO UPDATE SET valor = EXCLUÍDO.valor, atualizado_em = EXCLUÍDO.atualizado_em;
UPSERT (MySQL)
INSERT INTO settings (key_name, value, updated_at)
VALUES ('theme', 'dark', NOW())
ON DUPLICATE KEY UPDATE value = VALUES(value), updated_at = VALUES(updated_at);
Consulte references/query_patterns.md para obter informações sobre JOINs, CTEs, funções de janela, operações JSON e muito mais.
Exploração do esquema
Consultas de introspecção
PostgreSQL — listar tabelas e colunas
SELECT nome_da_tabela, nome_da_coluna, tipo_de_dados, é_nulo, valor_padrão_da_coluna
FROM information_schema.columns
WHERE esquema_da_tabela = 'public'
ORDER BY nome_da_tabela, posição_ordinal;
PostgreSQL — chaves estrangeiras
SELECT tc.nome_da_tabela, kcu.nome_da_coluna,
ccu.nome_da_tabela AS tabela_estranha, ccu.nome_da_coluna AS coluna_estranha
FROM information_schema.table_constraints tc
JOIN information_schema.key_column_usage kcu ON tc.constraint_name = kcu.constraint_name
JOIN information_schema.constraint_column_usage ccu ON tc.constraint_name = ccu.constraint_name
WHERE tc.constraint_type = 'FOREIGN KEY';
MySQL — tamanhos das tabelas
SELECT nome_da_tabela, linhas_da_tabela,
ROUND(comprimento_dos_dados / 1024 / 1024, 2) AS dados_mb,
ROUND(comprimento_do_índice / 1024 / 1024, 2) AS índice_mb
FROM information_schema.tables
WHERE table_schema = DATABASE()
ORDER BY data_length DESC;
SQLite — dump do esquema
SELECT nome, sql FROM sqlite_master WHERE tipo = 'tabela' ORDER BY nome;
SQL Server — colunas com tipos
SELECT t.name AS table_name, c.name AS column_name,
ty.name AS data_type, c.max_length, c.is_nullable
FROM sys.columns c
JOIN sys.tables t ON c.object_id = t.object_id
JOIN sys.types ty ON c.user_type_id = ty.user_type_id
ORDER BY t.name, c.column_id;
Gerando documentação a partir do esquema
Use scripts/schema_explorer.py para gerar documentação em Markdown ou JSON:
python scripts/schema_explorer.py --dialect postgres --tables all --format md
python scripts/schema_explorer.py --dialect mysql --tables users,orders --format json --json
Otimização de consultas
Fluxo de trabalho da análise EXPLAIN
- Execute EXPLAIN ANALYZE (PostgreSQL) ou EXPLAIN FORMAT=JSON (MySQL)
- Identifique o nó mais dispendioso — Seq Scan em tabelas grandes, Nested Loop com estimativas elevadas de linhas
- Verifique se há índices ausentes — varreduras sequenciais em colunas filtradas
- Procure por erros de estimativa — divergências entre o número de linhas planejado e o real indicam estatísticas desatualizadas
- Avalie a ordem do JOIN — certifique-se de que o menor conjunto de resultados conduza a junção
Lista de verificação de recomendações de índices
- Colunas nas cláusulas WHERE com alta seletividade
- Colunas nas condições JOIN (chaves estrangeiras)
- Colunas na cláusula ORDER BY quando combinadas com LIMIT
- Índices compostos que correspondem a predicados WHERE com várias colunas (coluna mais seletiva em primeiro lugar)
- Índices parciais para consultas com filtros constantes (por exemplo,
WHERE status = 'ativo') - Índices abrangentes para evitar consultas à tabela em consultas com grande volume de leitura
Padrões de reescrita de consultas
| Antipadrão | Reescrita |
|---|---|
SELECT * FROM pedidos |
SELECT id, status, total FROM orders (colunas explícitas) |
WHERE YEAR(created_at) = 2025 |
WHERE created_at >= '2025-01-01' AND created_at < '2026-01-01' (sargável) |
| Subconsulta correlacionada em SELECT | LEFT JOIN com agregação |
NOT IN (SELECT ...) com valores NULL |
NOT EXISTS (SELECT 1 ...) |
UNION (dedup) quando desnecessário |
UNION ALL |
LIKE '%search%' |
Índice de pesquisa de texto completo (GIN/FULLTEXT) |
ORDER BY RAND() |
Amostragem aleatória no lado do aplicativo ou TABLESAMPLE |
Detecção de N+1
Sintomas:
- Loop de aplicativo que executa uma consulta por linha pai
- Carregamento preguiçoso (lazy-loading) de entidades relacionadas pelo ORM dentro de um loop
- O log de consultas mostra centenas de padrões SELECT idênticos com IDs diferentes
Soluções:
- Use carregamento antecipado (
includeno Prisma,joinedloadno SQLAlchemy) - Agrupar consultas com
WHERE id IN (...) - Use o padrão DataLoader para resolvedores GraphQL
Ferramenta de análise estática
python scripts/query_optimizer.py --query "SELECT * FROM orders WHERE status = 'pending'" --dialect postgres
python scripts/query_optimizer.py --query queries.sql --dialect mysql --json
Consulte references/optimization_guide.md para obter informações sobre a leitura do plano EXPLAIN, tipos de índice e pool de conexões.
Geração de migração
Padrões de migração sem tempo de inatividade
Adicionando uma coluna (seguro)
-- Para cima
ALTER TABLE users ADD COLUMN phone VARCHAR(20);
-- Para baixo
ALTER TABLE users DROP COLUMN phone;
Renomeação de uma coluna (expandir-contrair)
-- Etapa 1: Adicionar nova coluna
ALTER TABLE users ADD COLUMN full_name VARCHAR(255);
-- Etapa 2: Preenchimento retroativo
UPDATE users SET full_name = name;
-- Etapa 3: Implantar o aplicativo que lê ambas as colunas
-- Etapa 4: Implantar o aplicativo que grava apenas na nova coluna
-- Etapa 5: Excluir a coluna antiga
ALTER TABLE users DROP COLUMN name;
Adicionando uma coluna NOT NULL (sequência segura)
-- Etapa 1: Adicionar coluna que pode conter NUL
ALTER TABLE orders ADD COLUMN region VARCHAR(50);
-- Etapa 2: Preenchimento retroativo com valor padrão
UPDATE orders SET region = 'unknown' WHERE region IS NULL;
-- Etapa 3: Adicionar restrição
ALTER TABLE orders ALTER COLUMN region SET NOT NULL;
ALTER TABLE orders ALTER COLUMN region SET DEFAULT 'unknown';
Criação de índice (sem bloqueio, PostgreSQL)
CREATE INDEX CONCURRENTLY idx_orders_status ON orders (status);
Estratégias de preenchimento de dados
- Atualizações em lote — processe em blocos de 1.000 a 10.000 linhas para evitar conflitos de bloqueio
- Tarefas em segundo plano — executam o preenchimento de dados de forma assíncrona com acompanhamento do progresso
- Gravação dupla — grava em colunas antigas e novas durante o período de transição
- Consultas de validação — verifique o número de linhas e a integridade dos dados após cada lote
Estratégias de reversão
Toda migração deve ter um script reversível. Para alterações irreversíveis:
- Faça backup antes da execução — utilize o `
pg_dump` nas tabelas afetadas - Sinalizadores de recurso — o aplicativo pode alternar entre leituras do esquema antigo e do novo
- Tabelas-sombra — mantenha uma cópia da tabela original durante o período de migração
Ferramenta Geradora de Migração
python scripts/migration_generator.py --change "adicionar o booleano email_verified à tabela users" --dialect postgres --format sql
python scripts/migration_generator.py --change "renomear a coluna name para full_name em customers" --dialect mysql --format alembic --json
Suporte a múltiplos bancos de dados
Diferenças entre dialetos
| Recurso | PostgreSQL | MySQL | SQLite | SQL Server |
|---|---|---|---|---|
| UPSERT | EM CASO DE CONFLITO, ATUALIZAR |
EM CASO DE CHAVE DUPLICADA, ATUALIZAR |
EM CASO DE CONFLITO, ATUALIZAR |
MERGE |
| Booleano | BOOLEANO nativo |
TINYINT(1) |
INTEGER |
BIT |
| Autoincremento | SÉRIE / GERADO |
AUTO_INCREMENT |
INTEGER CHAVE PRIMÁRIA |
IDENTIDADE |
| JSON | JSONB (indexado) |
JSON |
Texto (ext) | NVARCHAR(MAX) |
| Matriz | Matriz nativa |
Não suportado | Não suportado | Não suportado |
| CTE (recursivo) | Suporte total | 8.0+ | 3.8.3+ | Suporte total |
| Funções de janela | Suporte total | 8.0+ | 3.25.0+ | Suporte completo |
| Pesquisa de texto completo | tsvector + GIN |
ÍndiceFULLTEXT |
Extensão FTS5 | Catálogo de texto completo |
| LIMIT/OFFSET | LIMIT n OFFSET m |
LIMIT n OFFSET m |
LIMIT n OFFSET m |
DESLOCAR m LINHAS, RETIRAR SOMENTE AS PRÓXIMAS n LINHAS |
Dicas de compatibilidade
- Sempre use consultas parametrizadas — isso evita injeção de SQL em todos os dialetos
- Evite funções específicas de dialeto em código compartilhado — envolva-as em uma camada de adaptador
- Teste as migrações no mecanismo de destino —
o `information_schema`varia entre os mecanismos - Use o formato de data ISO —
'AAAA-MM-DD'funciona em todos os lugares - Coloque os identificadores entre aspas — use aspas duplas (padrão SQL) ou crases (MySQL)
Padrões ORM
Prisma
Definição do esquema
model User {
id Int @id @default(autoincrement())
email String @unique
name String?
posts Post[]
createdAt DateTime @default(now())
}
model Post {
id Int @id @default(autoincrement())
title String
author User @relation(fields: [authorId], references: [id])
authorId Int
}
Migrações: npx prisma migrate dev --name add_user_email
API de consulta: prisma.user.findMany({ where: { email: { contains: '@' } }, include: { posts: true } })
Escape para SQL bruto: prisma.$queryRaw\SELECT * FROM users WHERE id = ${userId}``
Drizzle
Definição “schema-first”
export const users = pgTable('users', {
id: serial('id').primaryKey(),
email: varchar('email', { length: 255 }).notNull().unique(),
name: text('name'),
createdAt: timestamp('created_at').defaultNow(),
});
Construtor de consultas: db.select().from(users).where(eq(users.email, email))
Migrações: npx drizzle-kit generate:pg e, em seguida, npx drizzle-kit push:pg
TypeORM
Decoradores de entidade
@Entity()
export class User {
@PrimaryGeneratedColumn()
id: number;
@Column({ unique: true })
email: string;
@OneToMany(() => Post, post => post.author)
posts: Post[];
}
Padrão de repositório: userRepo.find({ where: { email }, relations: ['posts'] })
Migrações: npx typeorm migration:generate -n AddUserEmail
SQLAlchemy
Modelos declarativos
class User(Base):
__tablename__ = 'users'
id = Column(Integer, primary_key=True)
email = Column(String(255), unique=True, nullable=False)
name = Column(String(255))
posts = relationship('Post', back_populates='author')
Gerenciamento de sessão: Sempre use with Session() como gerenciador de contexto
Migrações Alembic: alembic revision --autogenerate -m "adicionar e-mail do usuário"
Consulte references/orm_patterns.md para comparações lado a lado e fluxos de trabalho de migração por ORM.
Integridade dos dados
Estratégia de restrições
- Chaves primárias — toda tabela deve ter uma; dê preferência a chaves substitutas (serial/UUID)
- Chaves estrangeiras — imponha a integridade referencial; defina explicitamente o comportamento ON DELETE
- Restrições UNIQUE — para exclusividade no âmbito dos negócios (e-mail, slug, chave de API)
- Restrições CHECK — validam intervalos, enums e regras de negócios no nível do banco de dados
- NOT NULL — use NOT NULL como padrão; torne nulo apenas quando for realmente opcional
Níveis de isolamento de transação
| Nível | Leitura suja | Leitura não repetível | Leitura fantasma | Caso de uso |
|---|---|---|---|---|
| LEITURA NÃO CONFIRMADA | Sim | Sim | Sim | Nunca recomendado |
| LEITURA CONFIRMADA | Não | Sim | Sim | Padrão para PostgreSQL, OLTP geral |
| LEITURA REPETÍVEL | Não | Não | Sim (InnoDB: Não) | Cálculos financeiros |
| SERIALIZÁVEL | Não | Não | Não | Consistência crítica (faturamento, estoque) |
Prevenção de impasse
- Ordenação consistente de bloqueios — sempre adquirir bloqueios na mesma ordem de tabela/linha
- Transações curtas — minimize o tempo entre o primeiro bloqueio e o commit
- Bloqueios consultivos — use
pg_advisory_lock()para coordenação no nível do aplicativo - Lógica de repetição — detectar erros de impasse e repetir a tentativa com recuo exponencial
Backup e restauração
PostgreSQL
# Backup completo
pg_dump -Fc --no-owner dbname > backup.dump
# Restauração
pg_restore -d dbname --clean --no-owner backup.dump
# Recuperação em um ponto no tempo: configure o arquivamento WAL + restore_command
MySQL
# Backup completo
mysqldump --single-transaction --routines --triggers dbname > backup.sql
# Restauração
mysql dbname < backup.sql
# Log binário para PITR: mysqlbinlog --start-datetime="2025-01-01 00:00:00" binlog.000001
SQLite
# Backup (seguro com leituras simultâneas)
sqlite3 dbname ".backup backup.db"
Melhores práticas de backup
- Automatize — use cron ou o temporizador do systemd; nunca faça apenas manualmente
- Teste as restaurações — backups não testados não são backups
- Cópias externas — S3, GCS ou região separada
- Política de retenção — diariamente por 7 dias, semanalmente por 4 semanas, mensalmente por 12 meses
- Monitore o tamanho e a duração do backup — mudanças repentinas indicam problemas
Antipadrões
| Antipadrão | Problema | Solução |
|---|---|---|
SELECT * |
Transfere dados desnecessários, falha em caso de alterações no esquema | Lista explícita de colunas |
| Falta de índices nas colunas de chave estrangeira | JOINs lentos e exclusões em cascata | Adicione índices em todas as chaves estrangeiras |
| Consultas N+1 | 1 + N idas e voltas ao banco de dados | Carregamento antecipado ou consultas em lote |
| Coerção implícita de tipos | WHERE id = '123' impede o uso do índice |
Tipos de correspondência em predicados |
| Sem pool de conexões | Esgota as conexões sob carga | PgBouncer, ProxySQL ou pool ORM |
| Consultas sem limite | A ausência de LIMIT pode resultar no retorno de milhões de linhas | Sempre paginar |
| Armazenamento de valores monetários como FLOAT | Erros de arredondamento | Use DECIMAL(19,4) ou centavos inteiros |
| Tabelas “divinas” | Uma tabela com mais de 50 colunas | Normalize ou use particionamento vertical |
| Exclusões temporárias em todos os lugares | Complica todas as consultas com WHERE deleted_at IS NULL |
Tabelas de arquivo ou event sourcing |
| Concatenação de strings brutas | Injeção de SQL | Consultas parametrizadas sempre |
Referências cruzadas
| Habilidade | Relação |
|---|---|
| projetista de banco de dados | Arquitetura de esquema, análise de normalização, geração de ERD |
| projetista de esquema de banco de dados | Modelagem visual de ERD, mapeamento de relações |
| arquiteto de migração | Orquestração de migrações complexas em várias etapas |
| revisor-de-projeto-de-API | Garantia de que os endpoints da API estejam alinhados com os padrões de consulta |
| observability-platform | Monitoramento do desempenho de consultas e alertas de consultas lentas |
---
name: sql-database-assistant
description: Translate natural language into SQL queries, optimize database performance, generate migrations, explore schemas, and work with ORMs across PostgreSQL, MySQL, SQLite, and SQL Server.
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# SQL Database Assistant - POWERFUL Tier Skill
## Overview
The operational companion to database design. While **database-designer** focuses on schema architecture and **database-schema-designer** handles ERD modeling, this skill covers the day-to-day: writing queries, optimizing performance, generating migrations, and bridging the gap between application code and database engines.
### Core Capabilities
- **Natural Language to SQL** — translate requirements into correct, performant queries
- **Schema Exploration** — introspect live databases across PostgreSQL, MySQL, SQLite, SQL Server
- **Query Optimization** — EXPLAIN analysis, index recommendations, N+1 detection, rewrite patterns
- **Migration Generation** — up/down scripts, zero-downtime strategies, rollback plans
- **ORM Integration** — Prisma, Drizzle, TypeORM, SQLAlchemy patterns and escape hatches
- **Multi-Database Support** — dialect-aware SQL with compatibility guidance
### Tools
| Script | Purpose |
|--------|---------|
| `scripts/query_optimizer.py` | Static analysis of SQL queries for performance issues |
| `scripts/migration_generator.py` | Generate migration file templates from change descriptions |
| `scripts/schema_explorer.py` | Generate schema documentation from introspection queries |
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## Natural Language to SQL
### Translation Patterns
When converting requirements to SQL, follow this sequence:
1. **Identify entities** — map nouns to tables
2. **Identify relationships** — map verbs to JOINs or subqueries
3. **Identify filters** — map adjectives/conditions to WHERE clauses
4. **Identify aggregations** — map "total", "average", "count" to GROUP BY
5. **Identify ordering** — map "top", "latest", "highest" to ORDER BY + LIMIT
### Common Query Templates
**Top-N per group (window function)**
```sql
SELECT * FROM (
SELECT *, ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY department_id ORDER BY salary DESC) AS rn
FROM employees
) ranked WHERE rn <= 3;
```
**Running totals**
```sql
SELECT date, amount,
SUM(amount) OVER (ORDER BY date ROWS BETWEEN UNBOUNDED PRECEDING AND CURRENT ROW) AS running_total
FROM transactions;
```
**Gap detection**
```sql
SELECT curr.id, curr.seq_num, prev.seq_num AS prev_seq
FROM records curr
LEFT JOIN records prev ON prev.seq_num = curr.seq_num - 1
WHERE prev.id IS NULL AND curr.seq_num > 1;
```
**UPSERT (PostgreSQL)**
```sql
INSERT INTO settings (key, value, updated_at)
VALUES ('theme', 'dark', NOW())
ON CONFLICT (key) DO UPDATE SET value = EXCLUDED.value, updated_at = EXCLUDED.updated_at;
```
**UPSERT (MySQL)**
```sql
INSERT INTO settings (key_name, value, updated_at)
VALUES ('theme', 'dark', NOW())
ON DUPLICATE KEY UPDATE value = VALUES(value), updated_at = VALUES(updated_at);
```
> See references/query_patterns.md for JOINs, CTEs, window functions, JSON operations, and more.
---
## Schema Exploration
### Introspection Queries
**PostgreSQL — list tables and columns**
```sql
SELECT table_name, column_name, data_type, is_nullable, column_default
FROM information_schema.columns
WHERE table_schema = 'public'
ORDER BY table_name, ordinal_position;
```
**PostgreSQL — foreign keys**
```sql
SELECT tc.table_name, kcu.column_name,
ccu.table_name AS foreign_table, ccu.column_name AS foreign_column
FROM information_schema.table_constraints tc
JOIN information_schema.key_column_usage kcu ON tc.constraint_name = kcu.constraint_name
JOIN information_schema.constraint_column_usage ccu ON tc.constraint_name = ccu.constraint_name
WHERE tc.constraint_type = 'FOREIGN KEY';
```
**MySQL — table sizes**
```sql
SELECT table_name, table_rows,
ROUND(data_length / 1024 / 1024, 2) AS data_mb,
ROUND(index_length / 1024 / 1024, 2) AS index_mb
FROM information_schema.tables
WHERE table_schema = DATABASE()
ORDER BY data_length DESC;
```
**SQLite — schema dump**
```sql
SELECT name, sql FROM sqlite_master WHERE type = 'table' ORDER BY name;
```
**SQL Server — columns with types**
```sql
SELECT t.name AS table_name, c.name AS column_name,
ty.name AS data_type, c.max_length, c.is_nullable
FROM sys.columns c
JOIN sys.tables t ON c.object_id = t.object_id
JOIN sys.types ty ON c.user_type_id = ty.user_type_id
ORDER BY t.name, c.column_id;
```
### Generating Documentation from Schema
Use `scripts/schema_explorer.py` to produce markdown or JSON documentation:
```bash
python scripts/schema_explorer.py --dialect postgres --tables all --format md
python scripts/schema_explorer.py --dialect mysql --tables users,orders --format json --json
```
---
## Query Optimization
### EXPLAIN Analysis Workflow
1. **Run EXPLAIN ANALYZE** (PostgreSQL) or **EXPLAIN FORMAT=JSON** (MySQL)
2. **Identify the costliest node** — Seq Scan on large tables, Nested Loop with high row estimates
3. **Check for missing indexes** — sequential scans on filtered columns
4. **Look for estimation errors** — planned vs actual rows divergence signals stale statistics
5. **Evaluate JOIN order** — ensure the smallest result set drives the join
### Index Recommendation Checklist
- Columns in WHERE clauses with high selectivity
- Columns in JOIN conditions (foreign keys)
- Columns in ORDER BY when combined with LIMIT
- Composite indexes matching multi-column WHERE predicates (most selective column first)
- Partial indexes for queries with constant filters (e.g., `WHERE status = 'active'`)
- Covering indexes to avoid table lookups for read-heavy queries
### Query Rewriting Patterns
| Anti-Pattern | Rewrite |
|-------------|---------|
| `SELECT * FROM orders` | `SELECT id, status, total FROM orders` (explicit columns) |
| `WHERE YEAR(created_at) = 2025` | `WHERE created_at >= '2025-01-01' AND created_at < '2026-01-01'` (sargable) |
| Correlated subquery in SELECT | LEFT JOIN with aggregation |
| `NOT IN (SELECT ...)` with NULLs | `NOT EXISTS (SELECT 1 ...)` |
| `UNION` (dedup) when not needed | `UNION ALL` |
| `LIKE '%search%'` | Full-text search index (GIN/FULLTEXT) |
| `ORDER BY RAND()` | Application-side random sampling or `TABLESAMPLE` |
### N+1 Detection
**Symptoms:**
- Application loop that executes one query per parent row
- ORM lazy-loading related entities inside a loop
- Query log shows hundreds of identical SELECT patterns with different IDs
**Fixes:**
- Use eager loading (`include` in Prisma, `joinedload` in SQLAlchemy)
- Batch queries with `WHERE id IN (...)`
- Use DataLoader pattern for GraphQL resolvers
### Static Analysis Tool
```bash
python scripts/query_optimizer.py --query "SELECT * FROM orders WHERE status = 'pending'" --dialect postgres
python scripts/query_optimizer.py --query queries.sql --dialect mysql --json
```
> See references/optimization_guide.md for EXPLAIN plan reading, index types, and connection pooling.
---
## Migration Generation
### Zero-Downtime Migration Patterns
**Adding a column (safe)**
```sql
-- Up
ALTER TABLE users ADD COLUMN phone VARCHAR(20);
-- Down
ALTER TABLE users DROP COLUMN phone;
```
**Renaming a column (expand-contract)**
```sql
-- Step 1: Add new column
ALTER TABLE users ADD COLUMN full_name VARCHAR(255);
-- Step 2: Backfill
UPDATE users SET full_name = name;
-- Step 3: Deploy app reading both columns
-- Step 4: Deploy app writing only new column
-- Step 5: Drop old column
ALTER TABLE users DROP COLUMN name;
```
**Adding a NOT NULL column (safe sequence)**
```sql
-- Step 1: Add nullable
ALTER TABLE orders ADD COLUMN region VARCHAR(50);
-- Step 2: Backfill with default
UPDATE orders SET region = 'unknown' WHERE region IS NULL;
-- Step 3: Add constraint
ALTER TABLE orders ALTER COLUMN region SET NOT NULL;
ALTER TABLE orders ALTER COLUMN region SET DEFAULT 'unknown';
```
**Index creation (non-blocking, PostgreSQL)**
```sql
CREATE INDEX CONCURRENTLY idx_orders_status ON orders (status);
```
### Data Backfill Strategies
- **Batch updates** — process in chunks of 1000-10000 rows to avoid lock contention
- **Background jobs** — run backfills asynchronously with progress tracking
- **Dual-write** — write to old and new columns during transition period
- **Validation queries** — verify row counts and data integrity after each batch
### Rollback Strategies
Every migration must have a reversible down script. For irreversible changes:
1. **Backup before execution** — `pg_dump` the affected tables
2. **Feature flags** — application can switch between old/new schema reads
3. **Shadow tables** — keep a copy of the original table during migration window
### Migration Generator Tool
```bash
python scripts/migration_generator.py --change "add email_verified boolean to users" --dialect postgres --format sql
python scripts/migration_generator.py --change "rename column name to full_name in customers" --dialect mysql --format alembic --json
```
---
## Multi-Database Support
### Dialect Differences
| Feature | PostgreSQL | MySQL | SQLite | SQL Server |
|---------|-----------|-------|--------|------------|
| UPSERT | `ON CONFLICT DO UPDATE` | `ON DUPLICATE KEY UPDATE` | `ON CONFLICT DO UPDATE` | `MERGE` |
| Boolean | Native `BOOLEAN` | `TINYINT(1)` | `INTEGER` | `BIT` |
| Auto-increment | `SERIAL` / `GENERATED` | `AUTO_INCREMENT` | `INTEGER PRIMARY KEY` | `IDENTITY` |
| JSON | `JSONB` (indexed) | `JSON` | Text (ext) | `NVARCHAR(MAX)` |
| Array | Native `ARRAY` | Not supported | Not supported | Not supported |
| CTE (recursive) | Full support | 8.0+ | 3.8.3+ | Full support |
| Window functions | Full support | 8.0+ | 3.25.0+ | Full support |
| Full-text search | `tsvector` + GIN | `FULLTEXT` index | FTS5 extension | Full-text catalog |
| LIMIT/OFFSET | `LIMIT n OFFSET m` | `LIMIT n OFFSET m` | `LIMIT n OFFSET m` | `OFFSET m ROWS FETCH NEXT n ROWS ONLY` |
### Compatibility Tips
- **Always use parameterized queries** — prevents SQL injection across all dialects
- **Avoid dialect-specific functions in shared code** — wrap in adapter layer
- **Test migrations on target engine** — `information_schema` varies between engines
- **Use ISO date format** — `'YYYY-MM-DD'` works everywhere
- **Quote identifiers** — use double quotes (SQL standard) or backticks (MySQL)
---
## ORM Patterns
### Prisma
**Schema definition**
```prisma
model User {
id Int @id @default(autoincrement())
email String @unique
name String?
posts Post[]
createdAt DateTime @default(now())
}
model Post {
id Int @id @default(autoincrement())
title String
author User @relation(fields: [authorId], references: [id])
authorId Int
}
```
**Migrations**: `npx prisma migrate dev --name add_user_email`
**Query API**: `prisma.user.findMany({ where: { email: { contains: '@' } }, include: { posts: true } })`
**Raw SQL escape hatch**: `prisma.$queryRaw\`SELECT * FROM users WHERE id = ${userId}\``
### Drizzle
**Schema-first definition**
```typescript
export const users = pgTable('users', {
id: serial('id').primaryKey(),
email: varchar('email', { length: 255 }).notNull().unique(),
name: text('name'),
createdAt: timestamp('created_at').defaultNow(),
});
```
**Query builder**: `db.select().from(users).where(eq(users.email, email))`
**Migrations**: `npx drizzle-kit generate:pg` then `npx drizzle-kit push:pg`
### TypeORM
**Entity decorators**
```typescript
@Entity()
export class User {
@PrimaryGeneratedColumn()
id: number;
@Column({ unique: true })
email: string;
@OneToMany(() => Post, post => post.author)
posts: Post[];
}
```
**Repository pattern**: `userRepo.find({ where: { email }, relations: ['posts'] })`
**Migrations**: `npx typeorm migration:generate -n AddUserEmail`
### SQLAlchemy
**Declarative models**
```python
class User(Base):
__tablename__ = 'users'
id = Column(Integer, primary_key=True)
email = Column(String(255), unique=True, nullable=False)
name = Column(String(255))
posts = relationship('Post', back_populates='author')
```
**Session management**: Always use `with Session() as session:` context manager
**Alembic migrations**: `alembic revision --autogenerate -m "add user email"`
> See references/orm_patterns.md for side-by-side comparisons and migration workflows per ORM.
---
## Data Integrity
### Constraint Strategy
- **Primary keys** — every table must have one; prefer surrogate keys (serial/UUID)
- **Foreign keys** — enforce referential integrity; define ON DELETE behavior explicitly
- **UNIQUE constraints** — for business-level uniqueness (email, slug, API key)
- **CHECK constraints** — validate ranges, enums, and business rules at the DB level
- **NOT NULL** — default to NOT NULL; make nullable only when genuinely optional
### Transaction Isolation Levels
| Level | Dirty Read | Non-Repeatable Read | Phantom Read | Use Case |
|-------|-----------|-------------------|-------------|----------|
| READ UNCOMMITTED | Yes | Yes | Yes | Never recommended |
| READ COMMITTED | No | Yes | Yes | Default for PostgreSQL, general OLTP |
| REPEATABLE READ | No | No | Yes (InnoDB: No) | Financial calculations |
| SERIALIZABLE | No | No | No | Critical consistency (billing, inventory) |
### Deadlock Prevention
1. **Consistent lock ordering** — always acquire locks in the same table/row order
2. **Short transactions** — minimize time between first lock and commit
3. **Advisory locks** — use `pg_advisory_lock()` for application-level coordination
4. **Retry logic** — catch deadlock errors and retry with exponential backoff
---
## Backup & Restore
### PostgreSQL
```bash
# Full backup
pg_dump -Fc --no-owner dbname > backup.dump
# Restore
pg_restore -d dbname --clean --no-owner backup.dump
# Point-in-time recovery: configure WAL archiving + restore_command
```
### MySQL
```bash
# Full backup
mysqldump --single-transaction --routines --triggers dbname > backup.sql
# Restore
mysql dbname < backup.sql
# Binary log for PITR: mysqlbinlog --start-datetime="2025-01-01 00:00:00" binlog.000001
```
### SQLite
```bash
# Backup (safe with concurrent reads)
sqlite3 dbname ".backup backup.db"
```
### Backup Best Practices
- **Automate** — cron or systemd timer, never manual-only
- **Test restores** — untested backups are not backups
- **Offsite copies** — S3, GCS, or separate region
- **Retention policy** — daily for 7 days, weekly for 4 weeks, monthly for 12 months
- **Monitor backup size and duration** — sudden changes signal issues
---
## Anti-Patterns
| Anti-Pattern | Problem | Fix |
|-------------|---------|-----|
| `SELECT *` | Transfers unnecessary data, breaks on schema changes | Explicit column list |
| Missing indexes on FK columns | Slow JOINs and cascading deletes | Add indexes on all foreign keys |
| N+1 queries | 1 + N round trips to database | Eager loading or batch queries |
| Implicit type coercion | `WHERE id = '123'` prevents index use | Match types in predicates |
| No connection pooling | Exhausts connections under load | PgBouncer, ProxySQL, or ORM pool |
| Unbounded queries | No LIMIT risks returning millions of rows | Always paginate |
| Storing money as FLOAT | Rounding errors | Use `DECIMAL(19,4)` or integer cents |
| God tables | One table with 50+ columns | Normalize or use vertical partitioning |
| Soft deletes everywhere | Complicates every query with `WHERE deleted_at IS NULL` | Archive tables or event sourcing |
| Raw string concatenation | SQL injection | Parameterized queries always |
---
## Cross-References
| Skill | Relationship |
|-------|-------------|
| **database-designer** | Schema architecture, normalization analysis, ERD generation |
| **database-schema-designer** | Visual ERD modeling, relationship mapping |
| **migration-architect** | Complex multi-step migration orchestration |
| **api-design-reviewer** | Ensuring API endpoints align with query patterns |
| **observability-platform** | Query performance monitoring, slow query alerts |
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