Реляционная база данных: принцип работы, перспективы использования

Что это? Реляционная база данных – современная форма хранения и упорядочения информации в интуитивно понятной таблице. Блоки в ней связаны и соотносятся между собой по заранее определенным правилам.

Где используется? Это стандарт сегодняшнего дня, гарантирующий целостность данных, поэтому используется во многих сферах, в том числе, в веб-разработке. Официальный язык реляционных баз данных – SQL.

Суть реляционных баз данных

Реляционные базы данных — это система хранения и организации информации, имеющей установленные отношения, что обеспечивает возможность для быстро доступа. В этом случае данные упорядочиваются с использованием табличных форм, содержащих сведения об их сущности. Строки и столбцы в таких таблицах представляют заранее установленные категории данных.

Такой способ структурирования информации делает процедуру доступа к ней более гибкой и быстрой. Именно это обстоятельство способствовало тому, что такой тип баз данных получил наибольшее распространение. Они поддерживают стандартный язык программирования – SQL. Это популярная система для хранения и обработки информации. В рамках SQL используются также встроенные языки реляционных баз данных: DDL для таблиц (применяют для описания данных) и DML для работы с данными.

Рассмотрим понятие «реляционный». Этот термин указывает на наличие связей в информационных базах. К примеру, клиентская база предприятия может включать сведения по каждой транзакции, связанной с отдельным счетом. Особое внимание здесь уделяется предустановленным отношениям между хранящимися блоками данных.

Узнай, какие ИТ - профессии
входят в ТОП-30 с доходом
от 210 000 ₽/мес

Павел Симонов

Исполнительный директор Geekbrains

Команда GeekBrains совместно с международными специалистами по развитию карьеры подготовили материалы, которые помогут вам начать путь к профессии мечты.

Подборка содержит только самые востребованные и высокооплачиваемые специальности и направления в IT-сфере. 86% наших учеников с помощью данных материалов определились с карьерной целью на ближайшее будущее!

Скачивайте и используйте уже сегодня:

Павел Симонов

Исполнительный директор Geekbrains

Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2023

Поможет разобраться в актуальной ситуации на рынке труда

Подборка 50+ бесплатных нейросетей для упрощения работы и увеличения заработка

Только проверенные нейросети с доступом из России и свободным использованием

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

Список проверенных ресурсов реальных вакансий с доходом от 210 000 ₽

Получить подборку бесплатно

pdf 3,7mb

doc 1,7mb

Уже скачали 31949

В качестве примера реляционной базы данных рассмотрим таблицы, используемые небольшой фирмой для обработки заявок на продукцию. В первой табличной форме представлены сведения о заказчиках. Здесь в каждой записи представлена информация о названии и адресе клиента, его платежных реквизитах, контактном номере телефона и т.д.

Каждый атрибут данных (элемент информации) размещается в отдельном столбце информационной базы. Все столбцы имеют свой неповторяющийся идентификатор для каждой строки (ключ). Вторая табличная форма содержит отдельные записи с идентификатором клиента, подавшего заявку, наименование заказанного товара, его количество и характеристики. Как мы видим, в этой таблице отсутствуют данные клиента (название, телефон, адрес и т.д.).

В этом случае база, обрабатывая табличную форму с информацией о заявках, выбирает данные о продукции и с помощью ключа клиента получает сведения об оплате и доставке. После этого работники склада находят необходимый товар, клиент получает его и оплачивает.

Важные составляющие реляционной базы данных

SQL

Structured Query Language (язык программирования SQL) является основой интерфейса для реляционных баз данных. Он в 1986 г. стал стандартом ANSI (Национальный институт стандартов Соединенных Штатов). Сейчас этот стандарт поддерживают все самые распространенные ядра реляционных баз данных. Существуют также расширения стандарта ANSI SQL.

Они поддерживаются некоторыми ядрами реляционных баз данных. В реляционных базах данных SQL применяют для работы со строками данных (удаление, добавление, обновление), отбора блоков данных для приложений аналитики и обработки транзакций. Кроме того, этот язык программирования используется для управления всеми видами работы реляционных баз данных.

Целостность данных

Под целостностью данных понимают обеспечение их точности, полноты и единообразия. Для решения этой задачи в контексте реляционных баз данных применяется определенный комплекс инструментов, включающий первичные и внешние ключи, а также ограничители «Not NULL», «Unique», «Default» и «Check».

С помощью инструментов обеспечения целостности данных решаются вопросы применения практических правил к табличной информации, а также гарантируется точность данных и их надежность. Многие ядра реляционных БД поддерживают внедрение пользовательского кода, который выполняется при конкретных операция в базах данных.

Транзакции

Транзакций в базе данных называют комплекс последовательных операций, являющихся единой логической задачей и применением одного или ряда операторов SQL. Это неделимое действие. Транзакция должна выполняться как единая операция, поэтому она должна записываться в БД полностью, или ни один из ее элементов не должен записываться.

Транзакции в реляционных базах данных завершают действия COMMIT или ROLLBACK. Любой комплекс транзакционных операций следует рассматривать как надежный, имеющий внутренние связи элемент, не зависящий от остальных транзакций.

Соответствие требованиям ACID

Чтобы обеспечить требование по целостности реляционных баз данных, все транзакции в них должны удовлетворять требованиям ACID (они должны быть атомарными, единообразными, изолированными, надежными).

Первое условие – «атомарность». Оно указывает, что любая транзакция должна быть выполнена полностью. Если хоть один из ее элементов не выполняется, то должна отменяться вся транзакция. В соответствии с условием «единообразие», все элементы, записываемые в поля реляционной базы данных по транзакции, должны удовлетворять комплексу правил и ограничений, в том числе по целостности, каскадам и триггерам.

Условие «изолированность» важно для контроля согласованности данных. Кроме того, его выполнение необходимо для гарантии базовой независимости всех транзакций. В соответствии с условием «надежность», все изменения, которые внесены в реляционную базу данных до момента завершения транзакции, получают статус постоянных.

Только до 25.11

Скачай подборку материалов, чтобы гарантированно найти работу в IT за 14 дней

Список документов:

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

20 профессий 2023 года, с доходом от 150 000 рублей

Чек-лист «Как успешно пройти собеседование»

Чтобы получить файл, укажите e-mail:

Введите e-mail, чтобы получить доступ к документам

Подтвердите, что вы не робот,
указав номер телефона:

Введите телефон, чтобы получить доступ к документам

Скачать подборку бесплатно pdf 2,5mb

Уже скачали 52300

Я подтверждаю согласие на обработку персональных данных.

Преимущества и недостатки реляционных баз данных

Основные плюсы и минусы мы будем рассматривать с учетом организационной структуры реляционной базы данных.

Современные модели БД, построенные на языке программирования SQL, в некоторой степени отходят от логической реляционной модели, созданной математиком Э. Коддом. К примеру, изначально основатель системы предусматривал необходимость обеспечения уникальности каждой новой строки. Это было предписано в модели Кодда, но многие новые реляционные базы данных допускают повторение строк, что вызвано практической целесообразностью.

Читайте также!

Работа с базами данных SQL для новичков

Подробнее

При этом некоторые исследователи считают, что если БД на основе SQL не полностью соответствуют набору критериев модели Кодда, то их нельзя называть реляционными базами данных. В реальности ситуация несколько отличается. Все СУБД, созданные на основе SQL и в некоторой степени, соответствующие сути реляционной базы данных, могут считаться реляционными системами.

Параллельно с растущей популярностью реляционной модели базы данных на фоне увеличения размеров и ценности хранящейся и обрабатываемой информации, стали проявляться и ее слабые стороны. Так, возникают существенные сложности с горизонтальным масштабированием таких БД. Возможность масштабировать базу данных горизонтально является стандартной практикой при добавлении большого числа машин к имеющемуся стеку.

Это способствует рациональному распределению нагрузки, ускорению обработки и увеличению трафика. Нередко горизонтальное масштабирование является альтернативой вертикальному, при котором проводится усовершенствование аппаратного обеспечения имеющегося сервера (обычно для этого добавляют оперативную память или центральный процессор).

Трудности с горизонтальным масштабированием записи в реляционной базе данных возникают из-за того, что она создается в соответствии с условием «целостности» (пользователи, которые отправляют запросы в одну и ту же реляционную БД, всегда получают похожие данные). Выполняя масштабирование горизонтально, сложно будет обеспечить целостность данных, поскольку пользователи имеют возможность вносить информацию лишь в один узел, а не во все имеющиеся одновременно.

Скорее всего, будет происходить задержка между моментом начальной записи и обновлением других узлов, которое позволит отобразить изменения. В результате будет нарушена целостность данных между узлами системы.

Еще один недостаток реляционной СУБД обусловлен тем, что такая модель создавалась для обработки структурированной информации (данные реляционной базы должны соответствовать определенному типу, или их необходимо изначально организовать определенным образом). Увеличение количества ПК и развитие Всемирной паутины способствовали тому, что в начале девяностых стали появляться большие объемы неструктурированных данных (электронные сообщения, фото, видео и т.д.).

Тем не менее, реляционные базы данных и в условиях развития интернет-технологий остаются актуальными. Эта модель все еще остается доминирующей для СУБД. Ее широкое применение и длительный срок «жизни» говорит о том, что мы имеем дело с вполне зрелой технологий, что уже само по себе является весомым достоинством. Создано большое количество приложений для организации работы с реляционными базами данных.

К достоинствам данной модели можно отнести и тот факт, что практически все системы управления реляционными базами данных обеспечивают поддержку транзакций. Транзакции – одно или несколько уникальных выражений SQL, которые выполняются последовательно, как единый рабочий блок. Они работают по принципу «все или ничего».

Если сравнить реляционные и нереляционные базы данных, то первые будут отличаться высокой степенью гибкости. Их применяют для создания самых разных приложений. При этом, реляционные БД все также эффективны для работы с объемными базами информации. В этой связи стоит отметить большой потенциал языка программирования. Он обеспечивает высокую скорость внесения и изменения данных, а также корректировки структуры схем БД и табличных форм, без воздействия на имеющиеся данные.

3 популярных реляционных базы данных для веб-разработки

MySQL

Данную открытую систему управления базами данных американская корпорация Oracle приобрела в комплекте с Sun Microsystems. Опрос, проведенный порталом StackOverflow.com два года назад, в котором приняли участие 65 000 пользователей, показал, что около 55,6 % разработчиков работают с MySQL.

Такая популярность обусловлена высокой скоростью управления данными и возможностью бесплатного использования. MySQL изначально разрабатывалась, чтобы обрабатывать огромные информационные базы в промышленных объемах. Впоследствии, когда разработчики оценили ее быстродействие и бесплатность, эта СУБД покорила мировой Интернет. Пока MySQL остается наиболее удобной системой управления данными для работы и веб-приложениями, и страницами.

При этом, данная СУБД получает серьезную поддержку от разработчиков языков программирования. Сегодня практически все популярные языки имеют интерфейс для работы с MySQL.

SQLite

В этой системе управления реляционными базами данных применяется много всего, что входит в стандартный язык SQL.

Основным ее достоинством считается встраиваемость, которая обусловлена тем, что SQlight в отличие от остальных СУБД является не приложением на подобие «клиент-сервер», а подключаемой библиотекой.

О популярности SQLite может говорить тот факт, что она присутствует во всех смартфонах. В гаджетах на Андроид в этой базе данных хранятся медиафайлы и контакты. В смартфонах на iOS СУБД SQLite используется большинством приложений.

PostgreSQL

Это наиболее продвинутая система управления реляционными базами данных. PostgreSQL является свободной объектно-реляционной СУБД.

Уникальность данной СУБД состоит в том, что кроме стандартных типов данных, поддерживаемых другими реляционными системами, она может работать с финансовой информацией, сетевыми адресами, JSON, XML и геометрическими данными. Более того, PostgreSQL может создавать свои типы данных.

Перспективы реляционных баз данных

Существующие виды реляционных баз данных уже длительное время развиваются в плане повышения производительности, безопасности и надежности. Они стали более удобными в обслуживании, но при этом структура их сильно усложнилась. Сегодня администрирование реляционных баз данных связано с существенными затратами времени и ресурсов в плане администрирования.

В результате разработчики вынуждены направлять свои силы на управление СУБД и их оптимизацию вместо того, чтобы работать над созданием новых приложений, способных приносить высокую прибыль бизнесу.

Автономные технологии сейчас больше применяются для расширения функционала реляционной модели базы данных, разработки облачных хранилищ, машинного обучения и информационных баз нового типа. Автономные БД обладают всеми преимуществами реляционных систем, поддерживают те же функции, но плюс к этому способны использовать средства машинного обучения и искусственного интеллекта для контроля и повышения скорости ответа на запросы и эффективности управления.

Читайте также!

База данных MySQL: причины ее популярности

Подробнее

К примеру, чтобы запросы выполнялись быстрее, самоуправляемые базы данных осуществляют прогнозирование и проверяют индексы. После этого более высокие результаты находят практическое применение. Примечательно, что все эти процессы происходят без вмешательства администратора. Другими словами, автономные БД на постоянной основе могут обеспечивать улучшения в своей работе без участия человека.

Дарим скидку от 60%
на курсы от GeekBrains до 24 ноября

Уже через 9 месяцев сможете устроиться на работу с доходом от 150 000 рублей

Забронировать скидку

Автономные базы позволят расширять хранилища данных и увеличивать вычислительные мощности при появлении такой необходимости. Их создание может происходить намного быстрее, чем проектирование реляционных баз данных, что значительно сократит время, необходимое для разработки приложений.

Автор статьи:

Редакция сайта GeekBrains Шеф-редактор раздела Программирование