Реляційні бази даних: Що це таке і як вони працюють

Реляційні бази даних – одна з найпоширеніших моделей баз даних у світі, призначена для ефективного зберігання та управління структурованими даними. Вони організовують дані в таблиці, що полегшує пошук, оновлення та маніпулювання інформацією за допомогою мови структурованих запитів (SQL). Реляційні бази даних необхідні для бізнесу, веб-сайтів і додатків, які потребують складного управління даними та високої продуктивності.

У цій статті ми розглянемо, що таке реляційні бази даних, як вони працюють, а також їхні ключові особливості та переваги.

Що таке реляційна база даних?

Реляційна база даних – це тип бази даних, яка організовує дані в структуровані таблиці (також звані відношеннями), що складаються з рядків і стовпців. Кожна таблиця містить дані про певний тип сутностей, таких як клієнти, продукти або замовлення. Ці таблиці пов’язані між собою зв’язками, що дозволяє базі даних ефективно отримувати та організовувати пов’язану інформацію.

Наприклад, у реляційній базі даних для інтернет-магазину:

• В одній таблиці може зберігатися інформація про клієнтів (наприклад, ідентифікатор клієнта, ім’я, адреса).
• Інша таблиця може зберігати замовлення (наприклад, ідентифікатор замовлення, ідентифікатор клієнта, ідентифікатор товару, дата замовлення).

Ідентифікатор клієнта в обох таблицях – клієнтів і замовлень – дозволяє базі даних пов’язувати інформацію про клієнтів з їхніми замовленнями.

Ключові поняття реляційних баз даних

Кілька основних понять визначають структуру та функціональність реляційних баз даних:

1. Таблиці

Реляційна база даних складається з декількох таблиць, де кожна таблиця представляє певну сутність (наприклад, користувачів, продукти або транзакції). Кожна таблиця складається зі стовпців (полів) і рядків (записів).

• Стовпці: Визначають типи даних, що зберігаються (наприклад, ім’я, вік, електронна пошта).
• Рядки: Містять окремі записи зі значеннями для кожного стовпчика.

2. Первинні ключі

Первинний ключ – це унікальний ідентифікатор для кожного запису в таблиці. Це гарантує, що жодні два рядки не матимуть однакових значень первинного ключа. Первинний ключ необхідний для унікальної ідентифікації записів.

Приклад:

• У таблиці клієнтів первинним ключем може бути ідентифікатор клієнта, що гарантує унікальну ідентифікацію кожного клієнта.

3. Зовнішні ключі

Зовнішній ключ – це поле в одній таблиці, яке посилається на первинний ключ в іншій таблиці. Зовнішні ключі встановлюють зв’язки між таблицями, дозволяючи базі даних з’єднувати пов’язані дані.

Приклад:

• У таблиці замовлень ідентифікатор клієнта може бути зовнішнім ключем, який посилається на первинний ключ (ідентифікатор клієнта) в таблиці customers.

4. Зв’язки

Реляційні бази даних називаються на честь зв’язків, якими вони керують між різними таблицями. Існує декілька типів зв’язків:

• Один-до-одного: один запис в одній таблиці відповідає одному запису в іншій таблиці.
• Один-до-багатьох: Один запис у таблиці пов’язаний з багатьма записами в іншій таблиці (наприклад, один клієнт може зробити багато замовлень).
• Багато до багатьох: Багато записів в одній таблиці відповідають багатьом записам в іншій таблиці (наприклад, багато товарів можуть бути частиною багатьох замовлень).

5. SQL (мова структурованих запитів)

SQL – це стандартна мова, що використовується для взаємодії з реляційними базами даних. Вона використовується для запитів, вставки, оновлення та видалення даних. SQL надає потужні команди для отримання даних з декількох таблиць одночасно, що дозволяє вирішувати складні завдання управління даними.

Приклад простого SQL-запиту:

Цей запит отримує всю інформацію про клієнта з ідентифікатором 1.

Як працюють реляційні бази даних

Реляційні бази даних зберігають дані у спосіб, що забезпечує ефективність, узгодженість та масштабованість. Ось як вони функціонують:

1. Введення даних Дані вводяться в таблиці вручну або за допомогою додатків і зберігаються в рядках. Кожен рядок представляє унікальний запис, а кожен стовпець відповідає певному атрибуту запису (наприклад, ім’я, дата народження).
2. Зв’язки між даними Зв’язки між таблицями встановлюються за допомогою первинних і зовнішніх ключів. Ці зв’язки дозволяють пов’язувати дані в різних таблицях, створюючи павутину взаємопов’язаної інформації.
3. Пошук даних SQL-запити використовуються для пошуку даних на основі певних умов. Запити можуть бути простими (наприклад, отримання всіх записів з однієї таблиці) або складними (наприклад, об’єднання декількох таблиць на основі зв’язків зовнішніх ключів).
4. Цілісність даних Реляційні бази даних забезпечують цілісність даних за допомогою правил, обмежень і зв’язків. Наприклад, якщо ви намагаєтеся видалити запис про клієнта, база даних може не дозволити вам це зробити, якщо у клієнта є пов’язані записи про замовлення, що гарантує відсутність “осиротілих” даних.

Переваги реляційних баз даних

Реляційні бази даних популярні завдяки кільком ключовим перевагам:

1. Точність та цілісність даних

Реляційні бази даних забезпечують цілісність даних завдяки зв’язкам між первинними та зовнішніми ключами, гарантуючи, що дані завжди будуть точними та узгодженими. Обмеження, такі як NOT NULL або UNIQUE, гарантують, що недостовірні дані не можуть бути введені.

2. Простота використання

SQL забезпечує простий і потужний спосіб взаємодії з базою даних. Навіть складні запити можна писати з відносною легкістю, що дозволяє користувачам ефективно отримувати та маніпулювати даними.

3. Масштабованість

Реляційні бази даних можуть обробляти великі обсяги даних і складні взаємозв’язки. Сучасні системи управління реляційними базами даних (СКБД) розроблені для вертикального (шляхом модернізації обладнання) або горизонтального (шляхом додавання нових серверів) масштабування.

4. Гнучкість у пошуку даних

Реляційні бази даних дуже гнучкі, коли справа доходить до запитів до даних. Ви можете отримувати інформацію з декількох таблиць одночасно, об’єднувати пов’язані дані, фільтрувати результати та агрегувати дані (наприклад, обчислювати середні значення або суми) з легкістю.

5. Керування транзакціями

Реляційні бази даних підтримують властивості ACID (атомарність, узгодженість, ізоляція, довговічність), які гарантують, що всі транзакції (наприклад, оновлення, видалення) виконуються повністю або не виконуються взагалі. Це захищає цілісність даних і забезпечує надійність.

Популярні реляційні системи управління базами даних (СКБД)

Існує кілька реляційних систем керування базами даних (СКБД), які широко використовуються в різних галузях. Деякі з найпопулярніших включають:

1. MySQL

MySQL – одна з найпопулярніших реляційних систем баз даних з відкритим вихідним кодом. Вона широко використовується для веб-додатків і лежить в основі багатьох веб-сайтів і додатків, включаючи WordPress і Facebook.

2. PostgreSQL

PostgreSQL – це сучасна СУБД з відкритим вихідним кодом, відома своєю орієнтацією на відповідність стандартам, розширюваність і продуктивність. Вона підтримує розширені функції, такі як зберігання JSON, що робить її універсальною для сучасних додатків.

3. Microsoft SQL Server

Microsoft SQL Server – це надійна СУБД, розроблена компанією Microsoft. Вона широко використовується на великих підприємствах і підтримує широкий спектр застосувань, від невеликих баз даних до великомасштабних сховищ даних.

4. База даних Oracle

Oracle – це комерційна СКБД, яка пропонує високу масштабованість і розширені можливості, що робить її популярною у великих корпораціях і підприємствах зі складними потребами в даних.

5. SQLite

SQLite – це легка файлова система реляційних баз даних, яка зазвичай використовується в мобільних додатках, вбудованих системах та невеликих програмах.

Варіанти використання реляційних баз даних

Реляційні бази даних використовуються в широкому діапазоні застосувань, від невеликих проектів до систем корпоративного рівня. До поширених випадків використання відносяться

• Електронна комерція: Зберігання даних про клієнтів, інвентаризація товарів та інформація про замовлення.
• Банківська справа: Управління клієнтськими рахунками, транзакціями та фінансовими записами.
• Охорона здоров’я: Ведення записів пацієнтів, призначень та історій хвороб.
• Планування ресурсів підприємства (ERP): управління організаційними даними, такими як записи про працівників, фінанси та інвентаризація.
• Системи управління контентом (CMS): забезпечують роботу таких платформ, як WordPress, де статті, дані користувачів і коментарі зберігаються в реляційній базі даних.

Висновок

Реляційні бази даних – це потужне і гнучке рішення для управління структурованими даними в різних сферах застосування. Організовуючи дані в таблиці та використовуючи зв’язки між ними, реляційні бази даних забезпечують точність, узгодженість і масштабованість даних. Завдяки підтримці SQL користувачі можуть легко отримувати, маніпулювати та керувати даними, що робить реляційні бази даних важливим інструментом для сучасного бізнесу та додатків. Незалежно від того, розробляєте ви веб-додаток, керуєте записами клієнтів або створюєте корпоративне програмне забезпечення, реляційні бази даних є основою для ефективного та надійного управління даними.