Autor: Codenga 31.07.2023

W dzisiejszym dynamicznym świecie, gdzie ilość danych generowanych codziennie rośnie w zawrotnym tempie, koncepcja baz danych staje się niezwykle istotna. Bazy danych oferują nie tylko trwałe przechowywanie danych, ale także zapewniają spójność, łatwy dostęp dla wielu użytkowników jednocześnie oraz szybkie wyszukiwanie potrzebnych informacji.

Baza danych to zbiór uporządkowanych informacji. W bazach danych można przechowywać dowolnego typu informacje. Każda baza danych ma ściśle określone reguły, które określają sposób przechowywania danych.

Wyobraź sobie bazę danych jako gigantyczną, wirtualną skrzynkę, w której możesz przechowywać swoje dane. W skrzynce tej dane są uporządkowane w tabele lub kolekcje z których każda może reprezentować określony rodzaj informacji. Na przykład, dla aplikacji e-commerce możemy mieć tabele z danymi o produktach, klientach, zamówieniach itp.

Znaczenie baz danych

Baza danych stanowi fundament dla przechowywania, organizowania i zarządzania ogromną ilością informacji, od prostych danych osobowych po złożone relacje biznesowe. Jest to swoisty "magazyn wirtualny", który umożliwia łatwy dostęp, trwałe przechowywanie, oraz szybkie przeszukiwanie danych.

Istnieje wiele różnych rodzajów baz danych, a wybór odpowiedniego typu zależy od charakteru danych, które aplikacja musi przechowywać oraz od wymagań dotyczących wydajności i skalowalności.

Relacyjne bazy to jeden z najpopularniejszych typów baz danych. Dane są przechowywane w tabelach, a relacje między tabelami są określane za pomocą kluczy obcych. Przykładami popularnych systemów zarządzania bazami danych relacyjnych (RDBMS) są:

• MySQL
• PostgreSQL
• Microsoft SQL Server
• Oracle Database
• SQLite

Bazy danych NoSQL (Not Only SQL) to zbiór różnorodnych baz danych, które nie korzystają z tradycyjnego modelu tabel i relacji, jak w przypadku baz relacyjnych. Zamiast tego, bazy danych NoSQL często wykorzystują inne struktury danych, takie jak dokumenty, grafy czy kolumny. Przykłady baz typu NoSQL:

• MongoDB (baza danych dokumentowa)
• Neo4j (baza danych grafowa)
• Cassandra (baza danych kolumnowa)
• Redis (baza danych typu klucz-wartość)

Popatrzmy teraz na kluczowe pojęcia związane z relacyjnymi bazami danych.

Dane są przechowywane w tabelach, które składają się z wierszy i kolumn. Każda tabela reprezentuje określony rodzaj informacji, na przykład tabela z danymi klientów, tabela z produktami czy tabela z zamówieniami. Kluczowym elementem bazy danych relacyjnej jest możliwość ustanawiania relacji między różnymi tabelami za pomocą kluczy obcych, co pozwala na powiązanie danych z różnych tabel.

W bazie danych relacyjnej tabela jest zbiorczym kontenerem, który przechowuje dane o tych samych cechach lub typach danych. Każda tabela składa się z kolumn, które określają różne właściwości lub atrybuty danych. Na przykład, tabela z danymi klientów może zawierać kolumny takie jak ID klienta, imię, nazwisko, adres i adres e-mail.

W każdej tabeli można zdefiniować klucz główny (primary key), który jednoznacznie identyfikuje każdy wiersz w tabeli. Klucz główny musi być unikalny w obrębie tabeli. Dzięki temu możemy łatwo odnajdywać i aktualizować konkretny rekord.

Klucz obcy (foreign key) to pole w tabeli, które jest powiązane z kluczem głównym w innej tabeli. Pozwala to na ustanowienie relacji między tabelami. Na przykład, w tabeli z zamówieniami możemy użyć klucza obcego, aby wskazać na klienta z tabeli klientów, który złożył to zamówienie.

• Bazy danych relacyjne oferują ściśle określoną strukturę, co pomaga utrzymać spójność danych i uniknąć duplikacji.
• Język SQL zapewnia łatwy dostęp do danych oraz możliwość filtrowania, sortowania i grupowania wyników zapytań.
• Relacyjne bazy oferują zaawansowane funkcje zarządzania danymi, takie jak indeksy, transakcje i ograniczenia, co pomaga w zachowaniu integralności danych.

A skoro już pojawił się temat języka SQL, to na pewno warto wspomnieć o nim kilka słów. To standardowy język do zarządzania relacyjnymi bazami danych. Za jego pomocą możemy wyciągać dane z bazy, wprowadzać nowe dane, modyfikować dane oraz wykonywać różne operacje administracyjne.

W języku SQL można wykonywać różne operacje związane z danymi. Popatrzmy na prosty przykład:

SELECT name, address FROM customers WHERE age > 18;

Ten fragment kodu to tzw. zapytanie SQL. Za jego pomocą odczytujemy zawartość tabeli o nazwie customers. Wyciągamy dane z kolumn name oraz address. Na końcu zapytania mamy warunek: interesują nas osoby, które w kolumnie age (wiek) mają wartość większą niż 18.

Tego przykładu użyliśmy po to, aby zilustrować ideę pisania zapytań do bazy za pomocą języka SQL.

Bazy danych NoSQL (Not Only SQL) różnią się od tradycyjnych baz relacyjnych w sposób fundamentalny. W przeciwieństwie do baz relacyjnych, bazy danych NoSQL nie korzystają z modelu tabel i relacji. Zamiast tego, wykorzystują różnorodne struktury danych, które są odpowiednio dostosowane do różnych rodzajów danych i zastosowań. Bazy danych NoSQL stały się popularne ze względu na swoją elastyczność, skalowalność i zdolność do obsługi dużych ilości danych w czasie rzeczywistym.

Bazy danych dokumentowe przechowują dane w formie dokumentów, które mogą być w formacie JSON, BSON, XML lub innym. Każdy dokument zawiera zestaw kluczy i wartości, które reprezentują właściwości obiektu. Dokumenty te mogą być różnorodne, co daje dużą elastyczność w modelowaniu danych. Przykładami baz danych dokumentowych są: MongoDB, Couchbase.

Bazy danych kolumnowe przechowują dane w kolumnach, a nie jak tradycyjne bazy danych relacyjne w formie wierszy. Jest to szczególnie efektywne, gdy aplikacja musi przetwarzać duże ilości danych w jednym zapytaniu, a potrzebuje tylko pewnych kolumn. Przykładami baz danych kolumnowych są: Apache Cassandra i HBase.

Bazy danych grafowe są zaprojektowane do przechowywania danych w formie grafów, które składają się z wierzchołków (węzłów) i krawędzi (relacji) między nimi. Są one idealne do modelowania i rozwiązywania problemów związanych z sieciami i powiązaniami między danymi. Przykładami baz danych grafowych są: Neo4j, Amazon Neptune.

Bazy danych typu klucz-wartość przechowują dane jako prosty zestaw par klucz-wartość. Są one wyjątkowo szybkie i skalowalne, co sprawia, że są popularne w aplikacjach wymagających szybkiego dostępu do danych. Przykładami baz danych typu klucz-wartość są: Redis, Riak.

Bazy tego typu czasami wzbudzają pewne kontrowersje. Doskonale się sprawdzą w pewnych sytuacjach, ale często lepszym wyborem jest użycie baz relacyjnej. Wszystko oczywiście zależy od wymagań danego projektu.

Bazy danych NoSQL oferują dużą elastyczność w modelowaniu danych, ponieważ nie wymagają ściśle określonego schematu, jak ma to miejsce w bazach relacyjnych. Można łatwo dodawać i modyfikować dane, co ułatwia rozwijanie aplikacji i wprowadzanie zmian w strukturze danych.

Bazy danych NoSQL, takie jak bazy typu klucz-wartość czy kolumnowe, są bardzo wydajne w wykonywaniu prostych zapytań na dużych ilościach danych. Dzięki swojej specyficznej strukturze przechowywania, pozwalają na szybkie wyszukiwanie i dostęp do danych, co jest szczególnie ważne w aplikacjach o dużej liczbie użytkowników.

NoSQL doskonale nadaje się do przechowywania danych nierelacyjnych, takich jak dokumenty, grafy czy dane czasoszeregowe. W takich przypadkach, gdzie struktura danych może być złożona i zmienna, bazy NoSQL oferują bardziej naturalne podejście do zarządzania danymi niż tradycyjne bazy relacyjne.

Brak powszechnych standardów wśród baz danych NoSQL może sprawiać, że wybór odpowiedniego rozwiązania może być trudny. Istnieje wiele różnych typów baz NoSQL, z różnymi strukturami danych i cechami, co może prowadzić do problemów związanych z jednolitością i integracją danych.

W porównaniu z tradycyjnymi bazami danych relacyjnymi, społeczność wokół baz NoSQL jest zazwyczaj mniejsza, a dostępność narzędzi i wsparcia może być ograniczona. To może wpłynąć na trudności w rozwiązywaniu problemów i zdobywaniu wiedzy na temat konkretnych baz danych.

Niektóre bazy danych NoSQL nie oferują pełnej transakcyjności, która jest znana z baz relacyjnych. Oznacza to, że w przypadku awarii lub problemów z połączeniem, może wystąpić utrata danych lub niepełne operacje. W niektórych przypadkach, w których wymagana jest ścisła spójność danych, brak transakcyjności może stanowić problem.

Bazy danych są kluczowym elementem współczesnych systemów informatycznych, umożliwiającym efektywne przechowywanie, zarządzanie i dostęp do danych. Omówiliśmy różnorodność baz, od tradycyjnych relacyjnych po nowoczesne NoSQL, oraz zbadaliśmy kluczowe pojęcia związane z bazami relacyjnymi. Poznaliśmy także podstawowe zalety i wady obu podejść do przechowywania danych.