Язык структурирования данных был изобретен компанией IBM в 1970-х годах, а вскоре после этого компания Oracle представила стандарт ANSI SQL. В настоящее время SQL по-прежнему является основным языком программирования для баз данных, но постепенно появляются эквивалентные языки.
Зачем нужны базы данных
Если вы создаете веб-приложение — например, интернет-магазин, блог или игру — вы почти наверняка столкнетесь с базой данных. Далее речь пойдет о программировании: основные понятия и как их использовать.
Например, всегда есть много разных данных:
- телефонные номера;
- дела на день;
- записи на бумажках, стикерах и в блокнотах;
- опубликованные мысли разных людей;
- фотографии в смартфоне;
- и всё остальное, что можно прочитать, увидеть или услышать.
Если это компьютерная игра, то данные — это типы и местоположение врагов, их здоровье, здоровье героя, тип героя, местоположение героя и особенности карты.
Если это приложение для обслуживания клиентов, то имя клиента, его заказы, номер телефона и статус хранятся в программе лояльности.
Если это услуга определения местоположения гражданина — фотография, имя, посещенные станции метро и улицы, место работы.
База данных и СУБД
Существует понятие баз данных — это набор данных, организованных определенным образом. Например, если у вас дома есть шкаф или кладовка, то всю комнату со всем ее содержимым можно рассматривать как базу данных (но не как данные, а как предметы или банки с соленьями, но сути это не меняет).
Существует концепция системы управления базой данных (СУБД) — когда семья садится есть и младшего посылают в буфет за солеными огурцами, он приносит их и не разбивает по дороге. То есть, SDBM — это средство обработки данных в базе данных, подобно программе.
Для чего нужны
Далее на примере гардероба объясняются основные задачи базы данных:
- Сохранить наши данные по запросу — чтобы вы могли открыть дверь, повесить куртку, закрыть дверь и больше не думать ни о куртке, ни о гардеробной.
- Изменить наши данные по запросу — чтобы можно было легко извлечь из гардеробной все дырявые носки и положить на их место целые.
- Найти эти данные по запросу — чтобы быстро найти приличный пиджак или парный носок.
- Не дать прочитать эти данные тем, кому не следует, а кому надо — дать. Например, младший брат может смотреть на ваши кроссовки, но не может их брать. А девушка (или парень) может положить свои вещи, но только на определённую полку.
- Поддерживать порядок и не дать захламиться — если вам было лень и вы просто кинули толстовку куда попало, чтобы гардеробная либо сама нашла, куда эту толстовку правильно положить, либо сказала: «Э БРАТ ЗАЧЕМ ЗАХЛАМЛЯЕШЬ ПОЛОЖИ НОРМАЛЬНО ДАВАЙ»
- Масштабироваться — чтобы вы могли просто вешать в гардеробную вещи и не думать об объёме полок.
- Не потерять данные — если квартира будет гореть, приличная гардеробная не должна даже нагреться. Или, если она всё-таки горит, чтобы где-то в защищённом подземном гараже была точная копия этой гардеробной со всеми актуальными вещами.
Свойства базы данных
Из определения базы данных следует следующее:
- всегда есть имя. Если имя не задано, то нет и базы данных;
- фиксируется состояние объектов и их отношений в заданный момент времени. Со временем оно меняется. Например, цена товара может характеризовать его состояние. Вслед за изменением цены меняется и состояние товара;
- фиксируется информация об объектах из определенной предметной области. Например, если рассматриваем предметную область «Библиотека», то в базе могут фиксироваться данные по книгам, их расположению в библиотеке, читателям и читательским билетам. Если наша предметная область — «Магазин», то в БД может находиться информация по товарам и их ценам, по торговым точкам и наличию товара в конкретной торговой точке.
Важной характеристикой базы данных является ее долговечность. Важной особенностью базы данных является то, что она является одной из самых важных характеристик базы данных:
- данные постоянно накапливаются и используются;
- состав и структура данных обычно постоянны и стабильны во времени. Если они меняются, то скорее всего БД находится в процессе проектирования и разработки;
- элементы данных могут меняться (вслед за изменением состояний объектов и их отношений). Тем самым информация, которую содержит каждая база данных, постоянно актуализируется.
Отличия баз данных от электронных таблиц
Электронные таблицы изначально были разработаны для одноразового использования — полный контроль для одного пользователя и ограниченное количество функций для нескольких. Набор данных обычно невелик, как и количество изменений, которые можно внести. Базы данных предназначены для управления большими объемами упорядоченной информации. Кроме того, в отличие от таблиц, базы данных разработаны таким образом, чтобы позволить нескольким пользователям вносить изменения одновременно и независимо друг от друга.
Существует множество критериев для определения типов баз данных, включая следующие.
Форма представления информации
События. Данные представлены в виде событий об объектах предметной области в виде пар «параметр-значение». Пример: база данных веб-сайта www.ozon.ru.
Документальный фильм. Данные представлены в виде полнотекстовых документов. Пример: база данных веб-сайта
С ограниченным доступом. Доступ к базам данных ограничен и обычно платный. Пример: энциклопедическая база данных Encarta.
Тип используемой модели данных
* Примечание: Примеры баз данных веб-сайтов приведены по результатам анализа пользовательского интерфейса и содержания. Технически базы данных могут быть организованы по-разному.
Система управления базами данных (СУБД) — это программное обеспечение, необходимое для создания, редактирования и обслуживания файлов баз данных. От ввода данных до составления отчетов — все это может упростить процесс. Кроме того, система управления базой данных помогает выполнять резервное копирование, обеспечивать безопасность и совместное использование базы данных. СУБД позволяет нескольким пользователям работать с базами данных одновременно.
Топология хранения
Одна из наиболее широко используемых систем управления базами данных. Используется во многих крупных мировых компаниях (Meta, Twitter, Amazon, LinkedIn и др.). Это реляционная СУБД, которая относится к свободному программному обеспечению.
Особенности:
MySQL — это удобная, гибкая и эффективная база данных для крупных и средних проектов.
Функциональное назначение
Это объектно-реляционная СУБД, названная в честь компании, которая ее разработала. Oracle использует как язык Java, так и расширение PL/SQL.
Особенности:
Степень доступности
PostgreSQL является объектно-реляционной, свободно распространяемой и основана на языках SQL и MySQL. Основное отличие от MySQL заключается в использовании инноваций и расширенных возможностей.
Особенности:
PostgreSQL подходит для хранения больших объемов данных и может обрабатывать сложные запросы. Уметь создавать небольшие хранилища данных (DWH), хранить данные для геоинформационных систем, мобильных игр, веб-приложений и т.д.
Популярные системы управления базами данных
PostgreSQL не подходит для баз данных, где требуется горизонтальное масштабирование, хранение OLAP и доминирование чтения-записи.
MySQL
MongoDB — это документо-ориентированная СУБД с открытым исходным кодом, относящаяся к системам NoSQL. JSON-подобный формат для хранения данных, язык запросов, различные типы поиска: географический поиск, текстовый поиск и графический поиск. Горизонтальное масштабирование позволяет ему выдерживать большие нагрузки.
Ниже перечислены признаки, по которым можно идентифицировать базу данных:
- Возможность работы с различными типами таблиц, от популярных InnoDB или MyISAM до редко используемых MERGE или HEAP.
- Постоянное обновление и добавление новых поддерживаемых типов таблиц.
- Высокая скорость работы — MySQL считается одной из самых быстрых несмотря на то, что одновременно с ней могут работать несколько пользователей, а количество строк в таблицах достигает 50 миллионов.
- Простота — с MySQL несложно работать, потому что она поддерживает меньшее количество возможностей по сравнению с другими СУБД.
- При работе с MySQL доступен не только текстовый, но и графический режим. Приложение phpMyAdmin позволяет администрировать свою базу данных через браузер без знания SQL-команд.
Из всех атрибутов только первый считается критическим. Два других могут быть истолкованы по-разному и допускают различные оценки.
Oracle
Обычная практика играет важную роль в определении баз данных.
Ниже перечислены признаки, по которым можно идентифицировать базу данных:
- Возможность быстрого восстановления после сбоев, надежная процедура бэкапа, масштабирование и ряд других полезных функций.
- Способность обеспечить надежную защиту хранящихся данных.
- Высокая стоимость активации и последующего использования. По этой причине она не всегда может быть доступна начинающим или небольшим компаниям.
PostgreSQL
Современные базы данных хранят огромные объемы данных, поддерживают большое количество запросов и большое количество типов данных.
Ниже перечислены признаки, по которым можно идентифицировать базу данных:
- перегрузка функций и наследование таблиц;
- поддержка большого количества типов данных: JSON, XML, «ключ — значение», пространственных данных и многого другого;
- расширяемость, т.е. можно использовать готовые расширения, а также создавать собственные.
Простым примером иерархических данных является XML-документ или компьютерная файловая система.
Стоит отметить, что данный тип базы данных оптимизирован для чтения информации. Благодаря такой структуре данные могут быть быстро извлечены из нужной области, чтобы предоставить пользователям необходимую информацию. Например, компьютер может легко работать с определенной папкой или файлом, которые действительно можно назвать объектами иерархической структуры данных. Но когда дело доходит до поиска всей информации, это может занять довольно много времени (возвращаясь к приведенному выше примеру, сканирование всех уголков компьютера антивирусом происходит не так быстро, как хотелось бы). На рисунке показана классическая иерархическая структура базы данных. Родительский элемент (также называемый корневым элементом) находится вверху, дочерние элементы — под ним. Элементы с данными на одном уровне можно назвать родными братьями и сестрами или соседями. Базы данных этой категории могут иметь различное количество уровней и различные уровни вложенности.
MongoDB
В некотором смысле, сетевые базы данных являются разновидностью иерархических баз данных. Разница заключается в том, что в иерархической структуре данных дочерний элемент имеет только одного потомка (каждый дочерний элемент имеет только одну стрелку от элемента, расположенного над ним). В сетевых базах данных, с другой стороны, дочерний элемент имеет много предков (элементы, расположенные над ним). Для лучшего понимания структуры сетевых данных см. следующий рисунок: следует отметить, что сетевые базы данных имеют примерно те же характеристики, что и иерархические данные. Однако в рамках данной статьи мы не будем рассматривать специфику сетевого и иерархического управления данными, а обратимся к реляционным базам данных.
Признаки базы данных
Реляционные базы данных очень широко используются сегодня, поэтому вы можете найти огромное количество материала по этой теме на разных уровнях сложности. Их также преподают на курсах информатики, и эти базы данных хорошо описаны в математике. Впервые структура данных была подробно описана в 1980-х годах математиком Эдгаром Франком Коддом (умер в 2003 году). Его работа привела к созданию программного приложения. Реляционные базы данных активно развивались, так что сегодня все, кто хоть что-то знает о базах данных, знают реляционные базы данных.
- Хранится и обрабатывается в вычислительной системе. Из-за этого признака библиотеки, картотеки и архивы нельзя отнести к базам данных.
- Структурирование данных. Подразумевается наличие связей между элементами баз данных. Это необходимо для облегчения поиска и более эффективной обработки в вычислительной системе.
- Наличие схемы, описывающей структуру БД в формальном виде. Она состоит из описания содержания, структуры и ограничений целостности, которые используются для создания и управления базами данных.
База данных — это, как правило, абстрактная концепция, и в случае реляционной структуры таблица — это не более чем удобный способ хранения информации. Набор таблиц становится базой данных, когда они логически связаны между собой. И чтобы управлять всем этим, вы используете СУБД. Классическим примером СУБД является система управления MySQL, т.е. программное приложение математических идей.
Все преимущества и недостатки реляционных баз данных основаны на строгой структуризации и стандартизации информации об объектах. С одной стороны, вы можете оптимизировать хранение и индексирование данных путем нормализации или де-нормализации. С другой стороны, трудно хранить и обрабатывать плохо структурированные (например, объекты кэша) или неструктурированные данные (например, данные из нескольких источников).
Для преодоления этих ограничений было разработано семейство нереляционных баз данных. Давайте рассмотрим их подробнее.
Зачем нужны базы данных
Это самый простой тип нереляционной базы данных. Данные хранятся в виде словаря, где индекс является ключом.
Характеристики:
- оперирование возросшим объемом данных;
- обеспечение безопасности информации;
- удовлетворение потребностей компаний;
- обслуживание БД.
Отличие базы данных от электронной таблицы
Ограничения: Поскольку подход не требует строгой типизации и структурирования данных, проверка достоверности и именование ключей остается на усмотрение разработчика.
Примеры: Amazon, DynamoDB, Redis, Riak, LevelDB, различные кэши — например, Memcached и т.д.
- в способе хранения и обработки;
- в объеме хранения;
- в полномочиях доступа к данным.
В отличие от баз данных с ключевыми значениями, данные хранятся в структурированных форматах — XML, JSON, BSON. Однако доступ к данным через адресный доступ сохраняется. В то же время содержимое документа может иметь различные свойства.
Например, список профилей пользователей: Один пользователь указал в качестве предпочтения свою любимую еду, другой — видеоигру. Поскольку эта информация не может храниться в одном поле из-за логического и структурного разделения, она записывается в отдельные свойства отдельных документов. При необходимости в документы можно добавлять новые свойства, не нарушая общей целостности данных.
Иерархическая база данных, структура иерархических данных
Атрибуты:
Примеры.
Это семейство баз данных предназначено для моделирования сложных отношений с помощью теории графов, где связи являются ребрами графа, а сами объекты — узлами или вершинами.
Сетевые базы данных, структура сетевых данных
Такой подход полезен для анализа профилей пользователей в социальных сетях. Один пользователь подписался на обновления другого пользователя, другой пользователь подписался на определенное сообщество и так далее. Технология также может быть использована для анализа финансовой деятельности деловых партнеров с целью выявления различных попыток мошенничества. Например, вы можете отслеживать использование определенных счетов, карт или реквизитов контрагента в различных операциях.
На сайте
Особенности реляционных данных
NoSQL и нереляционные базы данных
Базы данных «Ключ-значение»
Ниже перечислены признаки, по которым можно идентифицировать базу данных:
- Хранение и обработка разных по типу и содержанию данных: в одном хранилище под разными ключами могут находиться файлы, строки, текст, числа, JSON-объекты и другие типы данных.
- Высокая скорость доступа к данным за счет адресного хранения.
- Легкое масштабирование. Можно создать правила шардирования по определенным ключам – например, сессии пользователей разных сайтов хранятся в различных сегментах БД.
Документоориентированные БД
Ниже перечислены признаки, по которым можно идентифицировать базу данных:
- хорошо подходят для быстрой разработки систем и сервисов, работающих с по-разному структурированными данными,
- легко масштабируются и меняют структуру при необходимости.
Графовые базы данных
Базы данных в Selectel
Запустите свою базу данных в облаке
Быстрое развертывание самых популярных реляционных и NoSQl-баз данных.
Заключение
- сложности хранимых данных и взаимосвязей между ними,
- производительности операций чтения/записи и модификации структуры БД на планируемом объеме данных,
- опыта команды разработки,
- стадии жизненного цикла разрабатываемого продукта (производите ли вы доработку действующего решения либо создаете что-то принципиально новое, каковы ваши текущие и перспективные ресурсные возможности).
