Основы БД
Что такое База Данных?
Под базой данных (БД) понимается некий организованный набор информации. В качестве примера простейшей БД можно привести список товаров, каждый из которых обладает набором стандартных характеристик (наименование, единица измерения, количество, цена и т. д.).
SQL и NoSQL: разбираемся в основных моделях баз данных
С незапамятных времен память была одной из самых важных и необходимых составляющих компьютера. Несмотря на разницу в методах реализации, большинство вычислительных машин оснащены необходимым аппаратным обеспечением для обработки и хранения информации. В наше время невозможно представить работу какого-либо приложения, хоть игры, хоть сайта, без получения, обработки и записи определённого типа данных. Системы управления базами данных (СУБД) — это высокоуровневое программное обеспечение, работающее с низкоуровневыми API. Для решения различных проблем создавались новые виды СУБД (реляционные, NoSQL и т.д.) и их новые реализации (MySQL, PostgreSQL, MongoDB, Redis и т.д.). В этой статье мы разберемся в основах баз данных и СУБД.
Системы управления базами данных
СУБД — это общий термин, относящийся ко всем видам абсолютно разных инструментов, от компьютерных программ до встроенных библиотек. Эти приложения управляют или помогают управлять наборами данных. Так как эти данные могут быть разного формата и размера, были созданы разные виды СУБД.
СУБД основаны на моделях баз данных — определённых структурах для обработки данных. Каждая СУБД создана для работы с одной из них с учётом особенностей операций над информацией.
Хотя решений, реализующих различные модели баз данных, очень много, периодически некоторые из них становятся очень популярными и используются на протяжении многих лет. Сейчас самой популярной моделью является реляционная система управления базами данных (РСУБД).
Модели баз данных
Каждая СУБД реализует одну из моделей баз данных для логической структуризации используемых данных. Эти модели являются главным критерием того, как будет работать и управлять информацией приложение. Существует несколько таких моделей, среди которых самой популярной является реляционная/
Хотя она и является весьма мощной и гибкой, есть ситуации, решения которых она предложить не может. Тут на помощь придёт сравнительно новая модель, называемая NoSQL. Она набирает популярность и предлагает весьма интересные решения и дополнительный функционал. Из-за того, что эти системы не используют строгую структуризацию данных, они предлагают большую свободу действий при обработке информации.
Реляционная модель
Представленная в 70-х, реляционная модель предлагает математический способ структуризации, хранения и использования данных. Отношения (англ. relations) дают возможность группировки данных как связанных наборов, представленных в виде таблиц, содержащих упорядоченную информацию (например, имя и адрес человека) и соотносящих значения и атрибуты (его номер паспорта).
Благодаря десятилетиям исследований и разработки РСУБД работают производительно и надёжно. В сочетании с большим опытом использования администраторами реляционные базы данных стали выбором, гарантирующим защиту информации от потерь.
Несмотря на строгие принципы формирования и обработки данных, РСУБД могут быть весьма гибкими, если приложить немного усилий.
Безмодельный (NoSQL) подход
NoSQL-способ структуризации данных заключается в избавлении от ограничений при хранении и использовании информации. Базы данных NoSQL, используя неструктуризированный подход, предлагают много эффективных способов обработки данных в отдельных случаях (например, при работе с хранилищем текстовых документов).
Популярные СУБД
В этой статье мы опишем вам парадигмы основных решений для работы с базами данных. Хотя точные числа привести очень сложно, в большинстве случаев выбор делается в пользу реляционной модели или NoSQL. Прежде чем мы сравним их, давайте узнаем, что находится «под капотом» у каждой из них.
РСУБД
Реляционные системы управления базами данных берут своё название от реализуемой модели — реляционной. Сейчас они остаются, да и ещё какое-то время будут, самым популярным выбором для надёжного, безопасного и производительного хранения данных.
РСУБД требуют чётких и ясных схем — не стоит путать со специфическим определением для PostgreSQL — для работы с данными. Эти рамки, определённые пользователем, задают способ их хранения и использования. Схемы очень похожи на таблицы, столбцы которых отражают порядковый номер и тип информации в каждой записи, а строки — содержимое этих записей.
Самыми популярными РСУБД сейчас являются:
SQLite: очень мощная встраиваемая РСУБД.
MySQL: самая популярная и часто используемая РСУБД.
PostgreSQL: самая продвинутая и гибкая РСУБД.
NoSQL-СУБД
NoSQL-СУБД не используют реляционную модель структуризации данных. Существует много реализаций, рещающих этот вопрос по-своему, зачастую весьма специфично. Эти бессхемные решения допускают неограниченное формирование записей и хранение данных в виде ключ-значение.
В отличие от традиционных РСУБД, некоторые базы данных NoSQL, например, MongoDB, позволяют группировать коллекции данных с другими базами данных. Такие СУБД хранят данные как одно целое. Эти данные могут представлять собой одиночный объект наподобие JSON и вместе с тем корректно отвечать на запросы к полям.
NoSQL базы данных не используют общий формат запроса (как SQL в реляционных базах данных). Каждое решение использует собственную систему запросов.
Сравнение SQL и NoSQL
Для того, чтобы прийти к простому и понятному выводу, давайте проанализируем разницу между SQL- и NoSQL-подходами:
Структура и тип хранящихся данных: SQL/реляционные базы данных требуют наличия однозначно определённой структуры хранения данных, а NoSQL базы данных таких ограничений не ставят.
Запросы: вне зависимости от лицензии, РСУБД реализуют SQL-стандарты, поэтому из них можно получать данные при помощи языка SQL. Каждая NoSQL база данных реализует свой способ работы с данными.
Масштабируемость: оба решения легко растягиваются вертикально (например, путём увеличения системных ресурсов). Тем не менее, из-за своей современности, решения NoSQL обычно предоставляют более простые способы горизонтального масштабирования (например, создания кластера из нескольких машин).
Надёжность: когда речь заходит о надёжности, SQL базы данных однозначно впереди.
Поддержка: РСУБД имеют очень долгую историю. Они очень популярны, и поэтому получить поддержку, платную или нет, очень легко. Поэтому, при необходимости, решить проблемы с ними гораздо проще, чем с NoSQL, особенно если проблема сложна по своей природе (например, при работе с MongoDB).
Хранение и доступ к сложным структурам данных: по своей природе реляционные базы данных предполагают работу с сложными ситуациями, поэтому и здесь они превосходят NoSQL-решения.
Какие есть типы связей в базе данных. Приведите пример.
Связь работает путем сопоставления данных в ключевых столбцах; обычно это столбцы с одним и тем же именем в обеих таблицах. В большинстве случаев связь сопоставляет первичный ключ одной таблицы, являющийся уникальным идентификатором каждой строки этой таблицы, с записями внешнего ключа другой таблицы. Существует три типа связей между таблицами. Тип создаваемой связи зависит от того, как определены связанные столбцы. Один-к-одному - в связи "одному к одному" строке таблицы А может сопоставляться только одна строка таблицы Б, и наоборот. Связь "один к одному" создается, если для обоих связанных ключей определены ограничения первичного ключа или уникальности. Этот тип связи обычно не используется, так как большую часть связанных таким образом данных можно хранить в одной таблице. Связь "один к одному" можно использовать для:
Разделения таблицы со многими столбцами.
Изоляции части таблицы из соображений безопасности.
Хранения кратковременных данных, которые можно легко удалить вместе со всей таблицей.
Хранения данных, которые относятся только к части основной таблицы.
Столбец, являющийся первичным ключом в связи "один к одному", отмечается символом ключа. Столбец, являющийся внешним ключом, также отмечается символом ключа. Один-ко-многим - самая распространенная. В этом типе связей у строки таблицы А может быть несколько совпадающих строк таблицы Б, но каждой строке таблицы Б может соответствовать только одна строка из А. Например, между таблицами publishers и titles установлена связь "один ко многим": каждый издатель публикует много книг, но каждая книга публикуется только у одного издателя. Используйте связь "один ко многим", если только у одного из связанных столбцов есть ограничение первичного ключа или уникальности. Столбец, являющийся первичным ключом в связи "один ко многим", отмечается символом ключа. Столбец, являющийся внешним ключом в связи "один ко многим", отмечается символом бесконечности. Многие-ко-многим - строке таблицы А может сопоставляться несколько строк таблицы Б, и наоборот. Такие связи создаются определением третьей таблицы, которая называется таблицей соединения, чей первичный ключ состоит из внешних ключей А и Б. Например, между таблицами authors и titles связь "многие ко многим" определена через связи "один ко многим" каждой из этих таблиц с таблицей titleauthors. Первичный ключ таблицы titleauthors представляет собой сочетание столбца au_id (первичный ключ таблицы authors) и столбца title_id (первичный ключ таблицы titles).
Что такое primary key (первичный ключ)?
Первичный ключ (или главный ключ, primary key, PK). Представляет собой столбец или совокупность столбцов, значения которых однозначно идентифицируют строки. В данном примере первичным ключом в таблице Сотрудники является столбец Табельный №, ибо в одной организации не бывает сотрудников с одинаковыми табельными номерами. Очевидно, что в таблице Отделы первичным ключом является столбец, содержащий номер отдела.
Что такое foreign key (внешний ключ)?
Вторичный (или внешний ключ, foreign key, FK). Столбец или совокупность столбцов, которые в данной таблице не являются первичными ключами, но являются первичными ключами в другой таблице. В рассматриваемом примере(в предыдущем вопросе) столбец № отдела таблицы Сотрудники содержит вторичный ключ, с помощью которого может быть установлена логическая взаимосвязь строк таблицы с соответствующими строками таблицы Отделы.
Что такое индексы в базе данных? Для чего их используют? Чем они хороши и чем плохи?
Индексы - это специальные структуры в базах данных, которые позволяют ускорить поиск и сортировку по определенному полю или набору полей в таблице, а также используются для обеспечения уникальности данных. Проще всего индексы сравнить с указателями в книгах. Если нет указателя, то нам придется просмотреть всю книгу, чтобы найти нужное место, а с указателем то же действие можно выполнить намного быстрее. Обычно чем больше индексов, тем больше производительность запросов к базе данных. Однако при излишнем увеличении количества индексов падает производительность операций изменения данных (вставка/изменение/удаление), увеличивается размер БД, поэтому к добавлению индексов следует относиться осторожно. Некоторые общие принципы, связанные с созданием индексов:
индексы необходимо создавать для столбцов, которые используются в джойнах, по которым часто производится поиск и операции сортировки. При этом необходимо учесть, что индексы всегда автоматически создаются для столбцов, на которые накладывается ограничение primary key. Чаще всего они создаются и для столбцов с foreign key (в Access - автоматически);
индекс обязательно в автоматическом режиме создается для столбцов, на которые наложено ограничение уникальности;
лучше всего индексы создавать для тех полей, в которых - минимальное число повторяющихся значений и данные распределены равномерно. В Oracle есть специальные битовые индексы для столбцов с большим количеством повторяющихся значений, в SQL Server и Access такой разновидности индексов не предусмотрено;
если поиск постоянно производится по определенному набору столбцов (одновременно), то в этом случае, возможно, есть смысл создать композитный индекс (только в SQL Server) - один индекс для группы столбцов;
при внесении изменений в таблицы автоматически изменяются и индексы, наложенные на эту таблицу. В результате индекс может быть сильно фрагментирован, что сказывается на производительности. Периодически следует проверять степень фрагментации индексов и дефрагментировать их. При загрузке большого количества данных иногда есть смысл вначале удалить все индексы, а после завершения операции создать их заново;
индексы можно создавать не только для таблиц, но и для представлений (только в SQL Server). Преимущества - возможность вычислять поля не в момент запроса, а в момент появления новых значений в таблицах.
Какие есть типы индекса?
В базе данных, в зависимости от ее функциональных возможностей, можно создавать индексы четырех типов: уникальный, кластерный, полнотекстовый и индекс первичного ключа. Индексы создаются в конструкторе баз данных. Сведения о функциях индексации, поддерживаемых в той или иной базе данных.
Уникальный индекс - уникальным является индекс, в котором не может быть двух строк с одним и тем же значением индекса. В большинстве баз данных не допускается сохранение таблицы с созданным в ней уникальным индексом, если в существующих данных имеются повторяющиеся значения ключа. В базе данных может быть также запрещено добавление новых данных, приводящее к появлению дубликатов значений ключа в таблице. Например, если создать уникальный индекс по фамилии сотрудника (lname) в таблице employee, в ней не должно быть двух сотрудников с одинаковыми фамилиями.
Индекс первичного ключа - в таблице базы данных обычно имеется столбец или комбинация столбцов, значения которых однозначно идентифицируют каждую строку таблицы. Такой столбец называется первичным ключом таблицы. Определение первичного ключа для таблицы в схеме базы данных автоматически приводит к созданию индекса первичного ключа, который является разновидностью уникального индекса. Этот индекс требует уникальности каждого значения первичного ключа. Он также обеспечивает быстрый доступ к данным при использовании индекса первичного ключа в запросах.
Кластерный индекс - в кластерном индексе физический порядок строк в таблице совпадает с логическим (индексированным) порядком значений ключа. У таблицы может быть только один кластерный индекс. Если индекс не кластеризован, физический порядок строк таблицы отличается от логического порядка значений ключа. Кластерный индекс обычно обеспечивает более быстрый доступ к данным, чем прочие индексы.
Полнотекстовый индекс - полнотекстовый индекс создается, если нужно выполнять полнотекстовый поиск по текстовым столбцам таблиц базы данных. Полнотекстовый индекс зависит от обычного индекса, поэтому сначала надо будет создать его. Обычный индекс должен быть создан для одного столбца, не допускающего значения NULL, и лучше всего выбирать столбцы с маленькими значениями, а не большими.
Last updated