Базы данных и их разновидности

Если вы захотите создать собственное приложение, игру, сайт или интернет-магазин, вам понадобится база данных или сокращенно БД. Это один из самых важных компонентов, без которого не обходится разработка, запуск сайта, работа корпоративных программ и так далее. Для чего нужны базы данных, какие виды существуют и как ими управлять? Рассмотрим все по порядку.

База данных – что это?

Можно встретить много определений БД. В основном все они сводятся к тому, что это упорядоченная совокупность связанных между собой данных. Сами данные могут быть разнообразной направленности, тематики и формата. Главное, что все эти сведения организованы по конкретным параметрам и хранятся в вычислительной системе.

База данных – набор структурированных данных. Что это значит? Возьмите 100 карточек с изображением автомобилей. Затем распределите их в несколько стопок, главным ориентиром при распределении будет, например, цвет кузова. У вас получится несколько стопок карточек: машины красного, черного, белого цвета и т.д. .

Для чего нужны базы данных?

Сегодня базы данных используются повсеместно. Это хранение контента на сайтах, документов в почтовых сервисах, данных в смартфонах, сведений в личных кабинетах, прочие информации в социальных сетях.

Перейдем к главному вопросу –  зачем нужна БД на практике? Представим, что вы запустили интернет-магазин. После добавления всего ассортимента продукции, очевидно, что нужно поддерживать товар в актуальном состоянии: добавлять новые позиции, обновлять ценники. Чтобы решить эту задачу, нужно создать базу данных и добавить в нее товар.

Получится таблица, где каждая строка – это товар, а каждый столбец – ее свойства (цена и т.д). Когда таблица готова, остается только определиться, что с ней делать и как взаимодействовать.

В чём преимущества БД

Все данные, которые поступают при взаимодействии с пользователями на сайте, отправляются в специальную таблицу, состоящую из столбцов и строк. Архитектура таблицы БД предполагает, что каждая новая строка является новым элементом с присущими ему свойствами – столбцами.

Например, упомянутые выше авто можно распределить не только по цвету кузова, но и по типу двигателя, приводу и т.д. Критериев может быть довольно много. Каждый автомобиль – это строка, каждая характеристика (параметр) – это столбец. Данные принципы характерны любой БД, независимо от назначения и специфики сайта, интернет-магазина.

Как это все выглядит и работает на сайте? Есть некий файл, в котором структурировано и организовано хранятся данные. Вытянуть их оттуда для оперирования можно при помощи программы.

Эта программа – скрипт под определенную задачу. Известно, что каждая такая программка может выполнять какую-либо задачу. Так, разработчики решили объединить множество таких программ в одно решение – СУБД. Это система управления БД, позволяющая работать с ней (доставать данные, добавлять новые). И все это не требует работы с кодом. .

Типы баз данных

Существует огромное количество типов баз данных, которые отличаются структурой и областью применения. Только несколько групп БД актуальны в наше время и используются на практике, а именно: простейшие, нереляционные (NoSQL) и комбинированные БД. Вкратце рассмотрим относящиеся к ним модели.

Простые структуры данных

Это текстовые БД, которые подходят при работе с небольшим количеством информации. Данные заносятся в текстовые файлы и разделяются с помощью символов: запятая, двоеточие, пробел или точка с запятой. Самый примитивный вид хранения информации без возможности параллельной работы с ней, а также установки взаимосвязи между данными.

Реляционные

Такой вид называют еще табличным. Суть в том, что в одной БД хранится несколько таблиц, в которых записывают определенные значения/параметры. Это удобно, так как если изменится информация о покупателе, например, адрес доставки, а все прочие сведения будут прежними, то достаточно будет внести изменения только в одну таблицу, а другие оставить без изменений.

Это базы данных типа SQL, которые универсальны практически для любых проектов. Это делает их максимально популярными. Однако у них есть свои ограничения по обработке и хранению большого потока данных. Примеры реляционных СУБД: Oracle DB, PostgreSQL, MySQL, Microsoft SQL Server.

Иерархические

Структура такой БД выглядит как дерево и напоминает файловую систему операционной системы Windows. У каждого элемента имеется вышестоящий и нижестоящий подэлемент. Они легко перемещаются. Это довольно специфичная база, которая используется в тех случаях, когда есть понимание, какой элемент будет выступать главным, а какой – подчиненным.

Если посмотреть на таблицу с данными, то можно обнаружить некую схожесть с обычной электронной таблицей Excel. Но на самом деле между ними не так много общего. Достаточно сказать, что для управления БД нужна СУБД, когда работать с Excel можно без вспомогательной программы.

Сетевые

Используются в социальных сетях и на многих других ресурсах. В них сведения хранятся не только в таблицах, но и в связях между массивами данных. Каждая связь отвечает за решение определенной задачи. Пример сетевой программы управления – IDMS.

Документные

Нереляционный или NoSQL тип баз данных, подходящий для хранения информации в форматах: JSON, BSON или XML. Эта модель с древовидной структурой отлично подходит для работы с каталогами, системами управления содержимым сайта, профилями пользователей. Документная модель обладает гибкостью и высокой производительностью в выполнении  стандартных запросов. Примеры документных СУБД: MongoDB, CouchDB, Amazon DocumentDB.

Графовые

Такие БД используются для хранения и организации взаимосвязей, работы с их свойствами, критериями и навигацией между ними. Графовые БД работают на базе графов. Они находят свое применение при создании социальных сетей, оценочных системах, рекомендательных проектах. К графовым СУБД относятся: Neo4j, Amazon, JanusGraph, InfiniteGraph, Dgraph, InfoGrid.

Колоночные

По своей структуре похожи на реляционные БД. Разница заключается в иной логике хранения: если у реляционного типа информация содержится в формате строк, то здесь в виде колонок. При этом каждая колонка – это отдельная таблица. Колоночные БД удобны для работы с большими объемами данных и отлично подходят для аналитических задач. Примеры колоночных СУБД: Cassandra, SAP IQ, Google BigTable, ClickHouse, InfoBright, Vertica.

Ключ-значение

Key-value БД применяют ключи для хранения информации. Для получения данных в такой базе требуется использовать ключи в запросе к ней. Отличительная черта данной модели – горизонтальная масштабируемость. Кроме того, Key-value можно использовать для хранения разной информации. К таким СУБД относятся: Redis, Memcached, etcd.

NewSQL БД

Эта модель появилась в 2000-х годах как новый отклик на потребности и проблемы бизнеса, которые не могли удовлетворить предыдущие БД. NewSQL поддерживает реляционную модель, обладает горизонтальной масштабируемостью, а вместе с тем предъявляет высокие технические требования к ресурсам. Применяется в критически важных проектах, финансовых платформах и сервисах здравоохранения. Примеры программ управления NewSQL: MemQL, VoltDB, Spanner, Calvin.

Многомодельные

Это комбинация разных моделей БД. Такие базы данных позволяют использовать разные запросы и типы данных, при этом сами операции будут согласованными. Такой подход универсален и помогает снизить нагрузку на программу по управлению данными. Примеры многомодельных СУБД: Couchbase, OriensDB, ArangoDB.

Вывод

Базы данных – важнейшая составляющая, без которой не обходится ни один современный проект в интернете. Данный элемент представляет собой упорядоченный набор сведений, которые организованы и рассортированы определенным способом. Это дает возможность получать оперативный ответ от базы в случае обращения к ней. Для взаимодействия с этим набором сведений нужна специальная программа – СУБД. Для работы с обычными электронными таблицами такая программа не нужна, а вот БД без этого инструмента обойтись не смогут.