Что такое база данных

Разберемся, что такое база данных, для чего она нужна и каким задачи помогает решать. Материал подойдет для начинающих,  все понятия в нем объясняются максимально просто.

Что такое база данных

Самое простое определение БД — это виртуальное хранилище данных. Это не единственное отличие базы данных от физических накопителей, например, от SSD — последний предоставляет лишь определенный объем памяти, в то время как база данных упорядочена по определенному принципу.

База данных (БД) лежит в основе любого современного приложения, интернет-магазина или сервиса: в ней хранят сведения о товарах, покупателях и зарегистрированных пользователях. Пока объем данных небольшой, их можно хранить хоть на своем домашнем компьютере в виде отдельных файлов (правда, придется постоянно держать ПК включенным, чтобы приложение работало без перебоев). Но как только информации становится слишком много, для ее хранения лучше использовать не множество обособленных файлов, с которыми неудобно работать, а единую базу данных.

База данных представляет собой что-то вроде Excel-таблицы, где у каждого элемента есть несколько характеристик. Предположим, что у вас есть онлайн-магазин, и вам нужно составить перечень зарегистрированных клиентов, чтобы присылать им персональные предложения. При регистрации человек может указать имя, фамилию, дату рождения, адрес электронной почты и пароль для входа. В этом случае каждая строка базы данных с клиентами будет содержать все эти пять столбцов и к ним можно будет легко обратиться, чтобы составить список для рассылки.

Свойства базы данных

Базе данных одновременно свойственны стабильность и переменчивость. Ее постоянство заключается в составе и структуре: если база уже разработана, то ее столбцы, структура и тип представления данных обычно не меняются в течение времени. Если вы видите базу данных, у которой постоянно меняется число или расположение столбцов, то она, скорее всего, все еще находится в процессе разработки.

Переменчивость баз данных — это свойство, которое относится к ее строкам. Вернемся к примеру с зарегистрированными покупателями: если количество и название столбцов остаются неизменными, то значения строк постоянно меняются. Человек может сменить пароль, указать новую почту или фамилию. Могут появиться новые пользователи, которые тоже становятся частью изменений в БД.

Что такое язык структурированных запросов (SQL)?

SQL (или Structured Query Language) — это язык структурированных запросов, с помощью которого разработчик общается с базой данных. Если вы раньше работали с Excel, то наверняка знаете, что нужные строки или столбцы в ней можно выделить с помощью фильтра. В базе данных такой возможности нет, поэтому при работе с ней используются специальные команды на языке структурированных запросов. Рассмотрим, как это выглядит, на коротком примере.

Предположим, что у вас есть база данных с названием my_clients. В ней нужно найти все данные по пользователю с конкретным адресом почты. Чтобы получить их, надо написать: «select * from my_clients where email = 'example@gmail.com'». Разберем этот код:

• select * — помогает выбрать все столбцы. Звездочка заменяет слово «все». Если нужно выбрать только конкретные столбцы (например, узнать только имя или только дату рождения), то звездочку заменяют на названия этих столбцов;
• from my_clients — ищет данные в таблице с названием my_clients. Можно искать сразу в нескольких таблицах, что значительно упрощает поиск при огромном количестве данных;
• where email = 'example@gmail.com' — задает параметры для всех строк, где значение столбца email будет равно example@gmail.com.

* Подробнее о SQL читайте здесь.

В чем разница между базой данных и электронной таблицей?

Как уже говорилось выше, база данных очень похожа на таблицу в Google Документах или Excel. Зачем же вообще переходить с таких таблиц на БД? Тому есть три важные причины:

• Скорость чтения данных. Когда работа ведется с небольшими объемами информации, разница в скорости между Excel и базой данных будет незаметна. Но с ростом количества данных Excel будет постепенно отставать от базы данных. В крупных проектах разница будет колоссальна.
• Нацеленность на большие объемы. В одной таблице Excel можно уместить максимум миллион строк (если быть точнее, то 1 048 576). Это достаточно большое число, но для крупных проектов такого количества данных не хватит. У баз данных число строк не ограничено.
• Независимое редактирование. Сейчас у многих онлайн-документов есть функция совместного редактирования, но она не так удобна, как совместная работа в БД. Несколько авторизованных пользователей могут одновременно вносить изменения в базу данных, и эти изменения будут автоматически синхронизироваться.

Эволюция базы данных

Термин «база данных» появился в 1960-х годах. Тогда программисты стали часто обращаться к данным из разных точек, а существовавших на тот момент решений оказалось недостаточно. Данные должны были храниться независимо друг от друга, чтобы несколько пользователей могли одновременно их редактировать. В 1967 году под руководством ассоциации CODASYL началась работа над созданием структуры, подходящей для независимого хранения больших массивов информации.

Следующим важным этапом стала разработка реляционной модели базы данных в 1970-х годах, за которую Эдгар Кодд получил премию Тьюринга.

В дальнейшем развитие баз данных шло в основном по пути увеличения объемов: главной задачей программистов было не создать новый тип, а расширить возможности уже существующего.

Типы баз данных

Типология баз данных — это очень обширная тема, поэтому мы рассмотрим только основные классификации.

Форма представления информации

База данных может представлять информацию в разном виде:

• Фактографические БД — это таблицы, где каждому столбцу соответствует определенный факт, представленный в виде короткого значения. Такие базы данных обычно используют в интернет-магазинах (артикул, цена, число просмотров, покупок и так далее).
• Документальные БД представляют текстовые данные. Обычно это базы данных периодических изданий.
• Мультимедийные БД содержат изображения, видео или музыку. Яркий пример — БД YouTube.

Тип используемой модели данных

Обычно базы данных — это таблицы, к которым можно обращаться на SQL. Такие БД называют реляционными.

Второй тип — нереляционные базы данных, которые представлены не в виде таблиц. Чаще всего это иерархические структуры, похожие на JSON.

Топология хранения

Выше мы говорили, что данные можно хранить и на домашнем компьютере. В этом случае БД будет локальной. Локальная БД — это любая база, которая полностью хранится на одном устройстве. Ее противоположность — распределенная БД, которая хранится на нескольких машинах.

Функциональное назначение

Базы данных могут быть операционными и справочно-информационными. В первом случае они часто изменяются: в них вносят данные, изменяют их, удаляют записи и так далее. Во втором случае содержимое базы используется преимущественно для чтения.

Степень доступности

База данных может быть общедоступной — как, например, Wikipedia. Доступ к ней бесплатный, и любой желающий может читать данные из нее. Базы данных с ограниченным доступом обычно платные или изначально предназначены для ограниченного круга лиц.

Популярные системы управления базами данных (СУБД)

Чтобы работать с базой данных, нужно удобное программное обеспечение — СУБД, или DBMS (английский аналог русской аббревиатуры). Система управления базами данных - это специальная программа, которая используется для создания, редактирования и обслуживания файлов базы данных. Это посредник между пользователем и БД. Без СУБД юзеру пришлось бы самостоятельно искать данные во всех файлах базы данных. Вместо этого гораздо проще направить в программу запрос, который она целиком отработает и выдаст результаты в удобном для человека виде.

MySQL

Это самая популярная СУБД, которая используется в большинстве компаний, включая крупные (Amazon, LinkedIn). У нее открытое программное обеспечение, поэтому для MySQL есть много удобных дополнений. Программа работает с реляционными базами данных.

Oracle

Эта СУБД «понимает» язык SQL и Java. Основная особенность Oracle — надежная защита данных.

PostgreSQL

Это бесплатная СУБД объектно-реляционного типа. Она менее популярна, чем MySQL, но обладает аналогичным функционалом.

MongoDB

В отличие от предыдущих СУБД, MongoDB относится к NoSQL-системам. Хранение данных организовано в JSON-подобном формате.

Redis

Данные в этой СУБД хранятся в формате типа «ключ — значение», то есть Redis тоже относится к NoSQL-системам.

Elasticsearch

Эта СУБД основана на Java-библиотеке Lucene. Она умеет работать со структурированными и полуструктурированными данными. Elasticsearch подходит для быстрого поиска в режиме реального времени среди большого объема данных — это типичная задача для поисковиков.

SQLite

Эта реляционная СУБД представляет собой библиотеку для С. Ее можно встроить напрямую в приложение. SQLite поставляется с нулевой конфигурацией, так что она не нуждается в настройке или первичном администрировании. СУБД полностью автономна, для ее корректной работы не нужно устанавливать дополнительные внешние зависимости.

Neo4j

Основное назначение этой СУБД — хранение и анализ наборов данных, связанных между собой. Это не просто таблица данных, а система взаимосвязей между элементами базы данных.

Что такое база данных MySQL?

База данных MySQL — это любая база данных, которая работает на реляционной СУБД на основе языка SQL. Проще говоря, если вы создаете и редактируете БД в MySQL, то вы используете базу данных MySQL.

Использование баз данных для повышения производительности бизнеса и улучшения процесса принятия решений

Большинство компаний так или иначе собирают данные. Когда их становится слишком много, бизнес может испытывать трудности, причем как информационно-технологические, так и общеделовые. Чем больше информации хранится в неправильно систематизированной базе данных, тем больше времени занимают практически все бизнес-процессы.

Базы данных позволяют бизнес-аналитикам эффективно использовать массив собираемых данных. Грамотная разработка БД обеспечивает гибкость и масштабируемость системы, повышает пропускную способность для данных, ускоряя таким образом работу.

Задачи для баз данных

Сейчас перед базами данных стоит ряд задач, обусловленных быстрым развитием технологий:

• Значительно возросшие объемы данных. Еще в 2006 году объем данных Google был равен всего лишь 850 терабайт. Сейчас этот же показатель оценивается примерно в 15 эксабайт (10 квинтиллионов байт).
• Обеспечение безопасности данных. Утечка персональных данных — бич современной IT-сферы. Даже крупнейшие компании страдают от воровства сведений, которое в итоге ведет к серьезным финансовым потерям.
• Удовлетворение растущих потребностей. Каждый день перед IT-сферой встают новые задачи, порой принципиально отличающиеся от предыдущих. Их быстрое решение — одна из задач современных БД.
• Управление и обслуживание базы данных и инфраструктуры. Чем сложнее становятся базы данных, тем меньше людей способны их администрировать.
• Устранение границ масштабируемости. Идеальная база данных будет работать одинаково быстро и при 10, и при 101000 записей. Администраторам баз данных всегда сложно предугадать, какие мощности потребуются бизнесу, поэтому важно с самого начала делать БД, способную быстро работать с достаточно большими объемами.
• Соблюдение требований к размещению данных, суверенитету данных и времени ожидания. Совместная работа — важная часть баз данных, и ее можно реализовать по-разному. Иногда компании нужно, чтобы базы данных работали только в локальной среде. В других случаях им требуется максимальный доступ для большого числа пользователей.

Как автономные технологии улучшают управление базами данных

Автономные базы данных — это сравнительно новая технология, которая значительно ускоряет бизнес-процессы. Такая система может самообучаться за счет использования ИИ, а скорость ее работы обеспечивается облачными вычислениям. Последние выполняются на мощном стороннем сервере, а на компьютер с базой данных приходит готовое решение.

Главное преимущество автономных БД — это автоматизация рутинных процессов: защиты, резервного копирования, обновления. Хорошо настроенная автономная БД нуждается в минимальном внимании администратора.

Будущее обычных и автономных баз данных

Сейчас автономные базы данных признаны перспективной и многообещающей технологией. Основная проблема современных БД — это недостаток людей, умеющих их администрировать. Автоматизация рутинных процессов сможет уменьшить влияние этой трудности.

Ключевое направление развития баз данных сейчас — это увеличение пропускной способности для данных. Объем информации растет в геометрической прогрессии (вспомните пример про базы данных Google в 2006 году и сейчас), и в ближайшее время средний объем хранимых в БД сведений должен увеличиться вдвое. Новые базы данных должны уметь быстро работать со всей этой информацией.

Работа с базами данных — это навык, который наверняка потребуют от тестировщика на собеседовании. Теперь вы в общих чертах представляете себе, что такое базы данных и СУБД, и готовы к более глубокому изучению этих понятий.