Що таке бази даних та їх роль у програмуванні на Python

Бази даних (БД) – це структуровані набори даних, організовані та збережені за допомогою спеціальних програм. Бази даних потрібні для ефективного зберігання, управління та доступу до інформації, що робить їх важливою частиною створення програм на Python і багатьох інших мовах.

БД дають змогу програмістам легко додавати, оновлювати, видаляти та витягувати інформацію з програми, а також забезпечують узгодженість даних і безпеку. Поговоримо про це докладніше.

Навіщо програмістам на Python потрібні бази даних

Ось кілька ключових ролей, які бази даних виконують у програмуванні на Python.

---

Python має багату екосистему бібліотек і модулів для роботи з різними типами БД, що робить інтеграцію баз даних з додатками на Python відносно простим завданням.

Огляд баз даних, сумісних із Python

SQLite

SQLite – легка, вбудована база даних, яка зберігає всі дані в одному файлі без сервера. Вона ідеально підходить для простих додатків, яким не потрібна висока стійкість навантаження. Python поставляється з вбудованою підтримкою SQLite, що робить його ідеальним вибором для прототипування і малих проектів.

MySQL

MySQL – це популярна реляційна база даних з відкритим вихідним кодом. З Python можна використовувати MySQL за допомогою різних бібліотек, таких як mysql-connector-python, PyMySQL і MySQLdb. MySQL добре підходить для середніх і великих веб-додатків і може обслуговувати великі обсяги даних.

PostgreSQL

PostgreSQL – потужна реляційна база даних з акцентом на розширюваність і надійність. Існують різні бібліотеки для роботи з PostgreSQL у Python, такі як psycopg2 і asyncpg для асинхронної роботи. PostgreSQL часто обирають для проєктів, яким потрібна підтримка складних запитів і розширюваність.

MongoDB

MongoDB – популярна NoSQL база даних, заснована на документах (JSON-подібні об’єкти). Для роботи з MongoDB у Python існують бібліотеки, такі як pymongo. MongoDB добре підходить для проєктів, яким необхідна гнучка схема даних і можливість масштабування горизонтально.

Redis

Redis – високопродуктивна система зберігання даних у пам’яті. Redis надає зручні структури даних, такі як рядки, списки, хеші, множини та відсортовані множини. Для роботи з Redis у Python існує бібліотека redis. Redis широко використовується для кешування і швидкого доступу до даних.

Oracle

Oracle – потужна реляційна база даних, широко застосовувана в корпоративних середовищах. Для роботи з Oracle у Python існують бібліотеки, такі як cx_Oracle. Oracle зазвичай обирають для великих корпоративних додатків із високими вимогами до продуктивності та безпеки.

Створення бази даних у Python

Існує кілька способів створення бази даних у Python з використанням різних модулів. Розглянемо створення SQLite бази даних, оскільки SQLite не потребує встановлення окремого сервера. Після створення бази даних можна адаптувати код для роботи з іншими базами даних, такими як MySQL, PostgreSQL, MongoDB тощо.

Крок 1: Встановлення модуля SQLite

Python постачається з модулем sqlite3, який забезпечує вбудовану підтримку для роботи з SQLite. Немає необхідності встановлювати його окремо.

Крок 2: Створення та підключення до бази даних

```python

import sqlite3

# Підключення або створення бази даних

connection = sqlite3.connect("example.db")

```

Під час виконання цього коду буде створено файл example.db, якщо він не існує, або встановлено підключення до вже наявної бази даних.

Крок 3: Створення таблиці

```python

# Отримання курсорного об'єкта для виконання операцій з базою даних

cursor = connection.cursor()

# SQL-запит для створення таблиці

create_table_query = """

CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (

id INTEGER PRIMARY KEY,

name TEXT NOT NULL,

age INTEGER

);

"""

# Виконання SQL-запиту для створення таблиці

cursor.execute(create_table_query)

# Закриття курсору (опціонально, але рекомендується)

cursor.close()

```

У цьому кроці ми створюємо таблицю з ім’ям users, що має стовпці id, name і age. Важливо використовувати IF NOT EXISTS, щоб не викликати помилку, якщо таблиця вже існує.

Крок 4: Вставка даних

```python

cursor = connection.cursor()

# SQL-запит на вставку даних

insert_query = """

INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?);

"""

# Дані для вставки

user_data = [

("Alice", 25),

("Bob", 30),

("Eve", 22)

]

# Виконання SQL-запиту для вставки даних

cursor.executemany(insert_query, user_data)

# Збереження змін (commit)

connection.commit()

# Закриття курсору (опціонально, але рекомендується)

cursor.close()

```

Ми використовуємо метод executemany, щоб вставити кілька записів одночасно.

Крок 5: Витяг даних

```python

cursor = connection.cursor()

# SQL-запит для отримання даних

select_query = """

SELECT * FROM users;

"""

# Виконання SQL-запиту для отримання даних

cursor.execute(select_query)

# Отримання всіх даних

data = cursor.fetchall()

# Виведення даних

for row in data:

print(row)

# Закриття курсору (опціонально, але рекомендується)

cursor.close()

```

У цьому кроці ми витягуємо всі дані з таблиці users і виводимо їх.

Крок 6: Закриття з’єднання

```python

# Закриття з'єднання з базою даних

connection.close()

```

Після завершення роботи з базою даних рекомендується закрити з’єднання.

Ви можете застосувати аналогічні кроки для роботи з іншими базами даних, замінивши відповідні частини коду. Зверніть увагу, що рекомендується використовувати контекстні менеджери (with), щоб автоматично закривати з’єднання та курсори.

Підключення бази даних до Python

Підключення бази даних до Python залежить від типу бази даних, з якою ви хочете працювати. Розглянемо, як підключитися до кількох популярних баз даних, використовуючи відповідні бібліотеки та модулі.

Підключення до бази даних MySQL

Для підключення до бази даних MySQL, використовуючи бібліотеку PyMySQL, переконайтеся, що у вас встановлено PyMySQL. Якщо ні, встановіть його за допомогою pip install pymysql.

```python

import pymysql

# Підключення до бази даних

connection = pymysql.connect(

host='your_host',

    user='your_username',

    password='your_password',

    database='your_database_name'

)

# Отримання об'єкта курсору

cursor = connection.cursor()

```

Підключення до бази даних PostgreSQL

Для підключення до бази даних PostgreSQL, використовуючи бібліотеку psycopg2, переконайтеся, що у вас встановлено psycopg2. Якщо ні, встановіть його за допомогою pip install psycopg2.

```python

import psycopg2

# Підключення до бази даних

connection = psycopg2.connect(

host='your_host',

    user='your_username',

    password='your_password',

    database='your_database_name'

)

# Отримання об'єкта курсору

cursor = connection.cursor()

```

Підключення до бази даних MongoDB

Для підключення до бази даних MongoDB, використовуйте бібліотеку pymongo. Якщо вона не встановлена, встановіть її за допомогою pip install pymongo.

```python

import pymongo

# Підключення до бази даних

connection = pymongo.MongoClient("mongodb://your_host:your_port/")

# Вибір бази даних

db = connection["your_database_name"]

# Вибір колекції (таблиці у термінах реляційних баз даних)

collection = db["your_collection_name"]

```

Після завершення роботи з базою даних, не забудьте закрити з’єднання.

```python

# Закриття курсору

cursor.close()

# Закриття з'єднання

connection.close()

```

Зверніть увагу, що коди наведено в загальному форматі. Для успішного підключення до конкретної бази даних, замініть your_host, your_username, your_password, your_database_name, your_collection_name та інші параметри на відповідні значення вашої бази даних.

Робота з базами даних у Python

Робота з базами даних у Python включає основні операції CRUD: створення (Create), читання (Read), оновлення (Update) і видалення (Delete) даних. Ми розглянули SQLite базу даних, але ці операції можуть бути адаптовані для інших баз даних з використанням відповідних бібліотек.

Створення даних (Create)

Для створення даних у базі даних використовується операція вставки. Вставка додає нові записи в таблицю бази даних. Ось приклад, як це робиться з використанням SQLite:

```python

import sqlite3

# Підключення до бази даних

connection = sqlite3.connect("example.db")

# Отримання об'єкта курсору

cursor = connection.cursor()

# SQL-запит на вставку даних

insert_query = """

INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?);

"""

# Дані для вставки

user_data = [

("Alice", 25),

("Bob", 30),

("Eve", 22)

]

# Виконання SQL-запиту для вставки даних

cursor.executemany(insert_query, user_data)

# Збереження змін (commit)

connection.commit()

# Закриття курсору та з'єднання

cursor.close()

connection.close()

```

Читання даних (Read)

Читання даних дає змогу витягти інформацію з таблиці бази даних. Ось приклад читання всіх даних із таблиці:

```python

import sqlite3

# Підключення до бази даних

connection = sqlite3.connect("example.db")

# Отримання об'єкта курсору

cursor = connection.cursor()

# SQL-запит для отримання даних

select_query = """

SELECT * FROM users;

"""

# Виконання SQL-запиту для отримання даних

cursor.execute(select_query)

# Отримання всіх даних

data = cursor.fetchall()

# Виведення даних

for row in data:

print(row)

# Закриття курсору та з'єднання

cursor.close()

connection.close()

```

Оновлення даних (Update)

Оновлення даних дає змогу змінити наявні записи в таблиці. Ось приклад оновлення даних:

```python

import sqlite3

# Підключення до бази даних

connection = sqlite3.connect("example.db")

# Отримання об'єкта курсору

cursor = connection.cursor()

# SQL-запит на оновлення даних

update_query = """

UPDATE users

SET age = ?

WHERE name = ?;

"""

# Нові дані для оновлення

new_age = 26

name_to_update = "Alice"

# Виконання SQL-запиту для оновлення даних

cursor.execute(update_query, (new_age, name_to_update))

# Збереження змін (commit)

connection.commit()

# Закриття курсору та з'єднання

cursor.close()

connection.close()

```

Видалення даних (Delete)

Видалення даних дає змогу видалити записи з таблиці. Ось приклад видалення даних:

```python

import sqlite3

# Підключення до бази даних

connection = sqlite3.connect("example.db")

# Отримання об'єкта курсору

cursor = connection.cursor()

# SQL-запит для видалення даних

delete_query = """

DELETE FROM users

WHERE name = ?;

"""

# Ім'я видалення

name_to_delete = "Eve"

# Виконання SQL-запиту для видалення даних

cursor.execute(delete_query, (name_to_delete,))

# Збереження змін (commit)

connection.commit()

# Закриття курсору та з'єднання

cursor.close()

connection.close()

```

Зауважте, що перед виконанням операцій CRUD необхідно підключитися до бази даних і отримати курсор. Після виконання операцій необхідно зберегти зміни в базі даних, викликавши метод commit(), і закрити курсор і з’єднання. Ці операції допомагають в управлінні даними в базі даних і формують основу для розробки складних додатків на Python.

Висновок

Бази даних відіграють важливу роль у розробці програмного забезпечення, зокрема й під час програмування на Python. Вони надають ефективний спосіб зберігання, управління та доступу до даних.

Якщо у вас виникли запитання, будь ласка, не соромтеся ставити їх у коментарях. Ми з радістю відповімо на них і допоможемо вам розібратися в програмуванні на Python і роботі з базами даних.