Czym jest relacyjna baza danych? Zalety i wady relacyjnych baz danych
Każdy program posiada bazę danych. To miejsce, w którym przechowujesz wszystkie informacje niezbędne do działania Twojego oprogramowania. W tym artykule przyjrzymy się jednemu z najpopularniejszych typów baz danych — relacyjnej bazie danych.
Co to jest baza danych?
Baza danych to zbiór danych zapisanych w odpowiednim formacie. Format, w jakim dane są przechowywane, decyduje o tym, jak można uzyskać do nich dostęp. W zależności od zastosowania, dane są zapisywane w różny sposób, a sposób ich zapisu wpływa na wydajność operacji (zapis, odczyt, usuwanie i modyfikacja danych).
Istnieje wiele typów baz danych, a relacyjna baza danych jest jednym z najpopularniejszych.
Co to jest relacyjna baza danych?
Termin „relational database” został wprowadzony w 1970 roku przez dr. Edgara Teda Codda z IBM. W relacyjnej bazie danych użytkownik konfiguruje relacje, jakie chce mieć, a informacje są przechowywane i pobierane zgodnie z tą konfiguracją. W tym modelu dane są przechowywane w prostych plikach liniowych, zwanych „relations” lub „tables”.
Operacje w relacyjnych bazach danych opierają się na relational algebra — zbiorze operatorów manipulujących relacjami. Wynikiem i argumentami tych operatorów są relacje. Operatorów tych jest kilka, dzielą się na operacje na zbiorach i operatory zaprojektowane dla modelu relacyjnego.
Model relacyjny wprowadził SQL (Structured Query Language), czyli główny język dostępu i modyfikacji danych w bazach danych.
Podstawy implementacji relacyjnych baz danych
Bazy danych mają różne implementacje i różnią się wersją SQL, którą obsługują. Chociaż istnieje standard opisujący język SQL, poszczególne bazy danych mają swoje dialekty SQL.
Najpopularniejsze implementacje relacyjnych baz danych to m.in.:
- PostgreSQL
- MySQL
- SQLite
- Oracle
- SQL Server
- HyperSQL
Podstawową jednostką operacyjną SQL jest query. Wyróżniamy trzy podstawowe typy zapytań (tzw. select queries):
- Projection (wybór tylko niektórych pól/kolumn)
- Selection (wybór rekordów spełniających określony warunek)
- Joining (łączenie danych z różnych tabel)
Zalety relacyjnych baz danych
Relacyjne bazy danych są bardzo użyteczne, ponieważ:
- Prosty, ale potężny model relacyjny może być wykorzystywany przez firmy każdej wielkości do różnych potrzeb informacyjnych.
- Relacyjne bazy danych mogą służyć do śledzenia stanów magazynowych, obsługi transakcji e-commerce, zarządzania dużą ilością danych klientów i nie tylko.
- Relacyjna baza danych sprawdza się tam, gdzie dane są powiązane i muszą być zarządzane w sposób bezpieczny, zgodny z regułami i spójny.
Mimo że relacyjne bazy danych istnieją od lat 70., ich zalety sprawiają, że są najczęściej stosowanym modelem baz danych do dziś.
Na co zwrócić uwagę wybierając relacyjną bazę danych?
Oprogramowanie do zarządzania relacyjną bazą danych to RDBMS (Relational Database Management System). RDBMS zapewnia interfejs między użytkownikami, aplikacjami a bazą danych oraz funkcje administracyjne.
Wybór konkretnego RDBMS zależy od potrzeb biznesowych firmy. Warto zadać sobie pytania:
- Jakie są wymagania dotyczące dokładności danych?
- Czy retencja i dokładność danych zależy od logiki biznesowej?
- Czy dane podlegają ścisłym wymaganiom (np. dane finansowe)?
- Czy potrzebujemy skalowalności?
- Jaka jest skala zarządzanych danych i przewidywany wzrost?
- Czy ważna jest współbieżność (concurrency)?
- Jakie są wymagania dotyczące wydajności i niezawodności?
- Jakie są wymagania dotyczące czasu odpowiedzi na zapytania?
- Jakie są zobowiązania dostawcy dotyczące SLA lub nieplanowanych przestojów?
Główne zasady relacyjnych baz danych (i SQL)
Relacyjne bazy danych i SQL opierają się na czterech prostych zasadach:
- Wszystkie wartości danych opierają się na prostych typach danych.
- Wszystkie dane są prezentowane w formie dwuwymiarowych tabel („relations”).
- Każda tabela zawiera zero lub więcej wierszy („tuples”) i jedną lub więcej kolumn („attributes”).
- Każdy wiersz składa się z tych samych kolumn, ale wartości mogą się różnić.
- Po wprowadzeniu danych można porównywać wartości z różnych kolumn, także z różnych tabel, i łączyć wiersze, gdy wartości się zgadzają.
- Umożliwia to wiązanie danych i wykonywanie złożonych operacji.
- Wiersze są przechowywane w dowolnej kolejności.
- Typy relacji: one-to-one, one-to-many, many-to-many.
- Ponieważ wiersz nie może być identyfikowany po pozycji, musi istnieć jedna lub więcej unikalnych kolumn (primary key), które pozwalają znaleźć konkretny wiersz.
- Możliwe są też foreign keys, które odwołują się do primary key w innej tabeli.
Przygotowanie bazy danych — etapy
- Definicja wymagań
- Wstępny projekt formularzy i raportów
- Przygotowanie tabel
- Definiowanie relacji
- Tworzenie formularzy
- Tworzenie zapytań i raportów
Przy przygotowaniu tabel stosuj pięć zasad:
- Jedna kategoria informacji na jedną tabelę
- W każdej kolumnie powinna być jedna informacja
- Używaj nazw unikających niejasności
- Unikaj powtarzania tych samych informacji w kilku tabelach
- Lista danych nie powinna być przechowywana w jednym polu
W relacyjnych bazach danych występują ograniczenia, np. referential integrity constraint (np. Customer ID musi istnieć w obu tabelach).
Dane powinny być znormalizowane
Normalizacja polega na organizowaniu danych tak, by przepływały płynnie przez bazę. W relacyjnych bazach danych te zasady nazywają się „normal forms”.
Wady relacyjnych baz danych
Nie wszyscy są fanami relacyjnych baz danych. Programiści mogą ich nie lubić, bo:
- To stara technologia
- Model relacyjny i SQL mogą być trudne
- Relacyjne bazy danych nie skalują się dobrze w bardzo dużych projektach
- Jest dużo narzutu (overhead) — model wymusza określoną strukturę, co utrudnia elastyczność
Kiedy używać relacyjnych baz danych?
- Gdy masz średnie obciążenia (tysiące operacji na sekundę)
- Dane są ustrukturyzowane i rzadko się zmieniają
- Relacje danych opierają się na znormalizowanych modelach
- Potrzebujesz złożonych zapytań
- Używasz dedykowanego sprzętu (w chmurze SQL może być kosztowny)
Alternatywy dla relacyjnych baz danych – nowoczesne modele
Alternatywy to NoSQL (non-relational databases). Wyróżniamy cztery typy NoSQL:
- Key-value stores (baza jak słownik/hash table)
- Graph stores (węzły i połączenia, dobre dla złożonych relacji)
- Column stores (dane przechowywane kolumnami, dobre do analityki)
- Document stores (dane jako dokumenty, np. JSON, XML, PDF)
Podsumowanie
Mimo że model relacyjny to dojrzała, 50-letnia technologia, wciąż nie ma dla niego alternatywy w wielu zastosowaniach. Rynek baz danych stale się rozwija, a zapotrzebowanie na specjalistów rośnie. Nowoczesne organizacje używają baz danych nie tylko do przechowywania danych i transakcji, ale także do analizy. Wybór odpowiedniego modelu danych to kluczowa decyzja długoterminowa. Jeśli potrzebujesz wsparcia, pomożemy Ci wybrać najlepsze rozwiązanie dla Twojej aplikacji.
Sprawdź nasz blog, aby uzyskać więcej informacji na temat inżynierii danych:
