Реляційні бази даних усе, що необхідно про них знати

Реляційні бази даних (РБД) – один із найпоширеніших типів баз даних, що використовуються для зберігання, організації та управління інформацією. Засновані на реляційній моделі даних, яку було запропоновано Едгаром Коддом у 1970 році.

Як з’явилися реляційні бази даних

Уявіть собі, що у вашому комп’ютері кожен додаток має свої власні, ізольовані файли для зберігання даних. Ні, вони ніяк не взаємодіють. Щоб використовувати дані з різних застосунків, потрібно відкрити щонайменше два різні файли, скопіювати потрібні дані і зберегти в третьому файлі. І так до нескінченності.

Звичайно, щойно з’явилася технічна можливість, інженери одразу ж придумали рішення: зберігати дані в таблицях, пов’язаних між собою. Нагадуємо, що relation – це зв’язок, або відношення. Тому таблиці з даними називають реляційними.

Доступ до реляційних таблиць здійснюється за допомогою мови структурованих запитів (SQL). Реляційні бази даних – це гнучкий і структурований спосіб керування даними, який забезпечує вищий рівень абстракції, що дає змогу розробникам ефективніше працювати з даними.

Основи реляційної моделі

Уявіть собі таблицю під назвою “Співробітники”, де кожен рядок представляє інформацію про конкретного співробітника, а стовпці можуть містити його ім’я, прізвище, посаду, зарплату тощо. Кожен рядок – це кортеж (запис), а кожен стовпець – атрибути.

Швидкий доступ і управління даними реалізуються за допомогою SQL-запитів. Це робить реляційні бази даних ідеальними для широкого спектра додатків, від обліку та управління замовленнями до зберігання інформації про клієнтів і багато чого іншого.

Структура реляційних баз даних

Ось що включає в себе реляційна база даних, і які елементи необхідні для її роботи.

• Реляційні таблиці. Данні організовуються у вигляді таблиць із рядами та стовпцями. Кожна таблиця має ім’я та структуру, визначену схемою даних.
• Рядки (кортежі). Кожен рядок у реляційній таблиці представляє окремий запис і містить інформацію про об’єкт. Кожен запис є унікальним та ідентифікується за допомогою ключа.
• Стовпці (атрибути). Стовпці таблиці являють собою атрибути або характеристики об’єктів, що описуються в таблиці. Кожен стовпець має ім’я і тип даних, який визначає, якого роду інформацію можна зберігати в цьому стовпчику (наприклад, текст, числа, дати і так далі).
• Ключі. У реляційній моделі використовуються ключі для унікальної ідентифікації рядків у таблиці. Основний ключ (Primary Key) забезпечує унікальність кожного рядка, а зовнішній ключ (Foreign Key) створює зв’язки між таблицями.
• Зв’язки. Реляційні бази даних дають змогу встановлювати зв’язки між таблицями, що дає змогу об’єднувати дані з різних таблиць для виконання складних запитів.
• SQL (Structured Query Language). SQL використовується для виконання операцій з даними в реляційних базах даних. Він дає змогу створювати, змінювати, видаляти та витягувати дані з таблиць, а також визначати правила для цілісності даних.
• Нормалізація. Реляційні бази даних використовують процес нормалізації для зменшення надмірності даних і забезпечення їхньої цілісності.
• Транзакції. РБД підтримують транзакції, що забезпечує атомарність, узгодженість, ізольованість і довговічність даних (ACID-властивості) під час одночасного доступу кількох користувачів до бази даних.

Нормалізація даних

Нормалізація даних – це процес організації даних у реляційній БД з метою мінімізації надлишковості даних, поліпшення цілісності даних і забезпечення ефективності виконання запитів.

Якщо говорити простішою мовою, нормалізація дає змогу розбити великі таблиці на дрібніші, щоб уникнути повторення інформації та зменшити ймовірність помилок.

Для чого потрібна нормалізація даних

• Нормалізація зменшує надмірність даних. Це означає, що одна й та сама інформація не зберігається в кількох місцях. Це економить місце і зменшує ризик невідповідності даних.
• Нормалізація забезпечує вищий рівень цілісності даних, оскільки зміни даних відбуваються тільки в одному місці, що знову-таки зменшує ймовірність.
• Добре нормалізовані дані дають змогу виконувати запити більш ефективно, оскільки дані розподілені за дрібнішими таблицями, що зменшує необхідність в об’ємних операціях об’єднання даних.

Робота з реляційними базами даних

Робота з реляційними базами даних передбачає виконання запитів і операцій з даними з використанням SQL (Structured Query Language), який є стандартною мовою для взаємодії з реляційними СУБД (системами управління базами даних). Ось кілька прикладів запитів і операцій

SELECT (Витяг даних)

Запит SELECT використовується для вилучення даних із таблиці. Приклад:

   

```sql

   SELECT first_name, last_name FROM employees WHERE department = 'HR';

```

Цей запит витягує імена та прізвища співробітників із таблиці “employees”, які працюють у відділі “HR”.

INSERT (Додавання даних)

Операція INSERT використовується для вставки нових даних у таблицю. Приклад:

```sql

   INSERT INTO customers (first_name, last_name, email) VALUES ('John', 'Doe', 'john.doe@example.com');

```

Цей запит додає нового клієнта в таблицю “customers”.

UPDATE (Оновлення даних)

Операція UPDATE дає змогу оновлювати наявні дані в таблиці. Приклад

```sql

   UPDATE products SET price = 29.99 WHERE product_id = 123;

```

Цей запит змінює ціну продукту з ідентифікатором 123.

DELETE (Видалення даних)

Операція DELETE використовується для видалення даних із таблиці. Приклад

```sql

   DELETE FROM orders WHERE order_id = 456;

```

Цей запит видаляє замовлення з ідентифікатором 456.

За таким самим принципом виконується безліч інших запитів до реляційних баз даних.

Огляд популярних систем керування реляційними базами даних (СУБД)

MySQL

MySQL є однією з найпопулярніших відкритих СУБД. Вона надає високу продуктивність, підтримує безліч функцій і широко використовується у веб-додатках.

PostgreSQL

PostgreSQL також є відкритою СУБД і відомий своєю розширюваністю та підтримкою складних типів даних. Він підходить для великого спектра додатків, включно з геоданими та аналітичними системами.

Microsoft SQL

Server SQL Server розроблений Microsoft і часто використовується в корпоративних середовищах. Він забезпечує хорошу інтеграцію з іншими продуктами Microsoft і підтримує масштабованість.

Oracle Database

Oracle Database є потужною і поширеною СУБД для корпоративних додатків і баз даних великого розміру. Він має багатий набір функцій і високу продуктивність.

SQLite

SQLite – це легковажна вбудована СУБД, яка ідеально підходить для мобільних і вбудованих додатків. Вона не потребує окремого сервера і зберігається в одному файлі.

MariaDB

MariaDB є форком MySQL і надає схожий функціонал, але з акцентом на відкритості та спільнотній розробці.

Вибір конкретної СУБД залежить від потреб проекту, вимог до продуктивності, масштабованості та ліцензійних обмежень.

Застосування в практиці

Реляційні бази даних (РБД) широко використовують у реальних проектах у багатьох галузях і сферах.

Ecommerce

РБД використовуються для управління даними про продукти, клієнтів, замовлення та інвентаризацію в інтернет-магазинах і платформах електронної комерції.

Фінанси

Банки, фінансові установи та страхові компанії використовують РБД для зберігання даних про клієнтів, транзакції, активи та пасиви.

Охорона здоров’я

Медичні установи використовують РБД для управління пацієнтськими даними, медичними записами, призначеннями та розкладами.

Логістика та управління ланцюгами поставок

РБД використовуються для відстеження та управління інвентарем, доставками, постачальниками і замовленнями.

Аналітика

РБД є джерелом даних для аналізу та звітності. Вони дають змогу бізнесам ухвалювати поінформовані рішення на основі даних.

Найкращі практики та оптимізація

“Найкращі практики” (best practices) – це набір методів, процесів, стратегій або підходів, що вважаються найефективнішими, найбезпечнішими та найоптимальнішими в певній галузі. Ці практики базуються на досвіді, дослідженнях, успішних результатах і загальноприйнятих стандартах.

Якщо говорити простіше, найкращі практики – це рекомендації для досягнення найкращих результатів і уникнення поширених помилок. У випадку реляційних баз даних, найкращі практики такі:

• Індексування. Створюйте індекси для часто використовуваних полів, щоб прискорити операції вибірки даних.
• Нормалізація. Нормалізуйте дані, щоб уникнути надмірності та забезпечити цілісність. Однак, не перестарайтеся з нормалізацією, щоб уникнути складних запитів.
• Оптимізація запитів. Періодично аналізуйте та оптимізуйте SQL-запити, щоб зменшити навантаження на базу даних.
• Кешування. Використовуйте кешування на рівні програми або СУБД для зменшення навантаження на базу даних.
• Масштабованість. Під час проєктування бази даних врахуйте можливість масштабування, щоб забезпечити зростання продуктивності під час збільшення навантаження.
• Резервне копіювання та відновлення. Регулярно створюйте резервні копії бази даних і розробляйте план відновлення даних для забезпечення безпеки.

Если приводить конкретный пример, то можно в процессе нормализации разделить данные о продуктах, клиентах и заказах на отдельные таблицы для обеспечения целостности данных.

Висновок

Реляційні бази даних залишаються важливою технологією у світі інформаційних систем. Вони надають структурований і надійний спосіб зберігання та управління даними. Для глибшого вивчення реляційних баз даних та їхнього використання в проєктах рекомендується:

• Вивчити SQL
• Вивчити проектування баз даних
• Вивчити специфічні СУБД
• Багато практикуватися

Інтерес до вивчення і розуміння реляційних баз даних може бути корисним як для майбутніх професійних цілей, так і для поліпшення навичок у сфері аналітики даних і розробки програмного забезпечення.