Что такое базы данных и SQL?

Серверные решения →DevOPS

Что такое базы данных и SQL?

Про БД и SQL

Июль 28, 2022 Мерион Нетворкс

6 минут

Привет, сегодня расскажем что такое база данных и SQL. У современных баз данных куча нюансов - погнали разбираться.

Представь - собираешь ты деньги на подарок корешу, и записываешь на бумажке, кто сколько скинул.

Табличка с денежками организована, разделена по именам и сумме долга, и имеет удобную структуру - ну вот оно, это и есть база данных!

Ага, теперь, перемещаемся в цифровое пространство и заводим целый эксель файл для этого дела. Стало удобнее, можно редактировать, сортировать и даже данные удалять!

Круто! Но достаточно ли этого для роста этой базы данных? Нет. Со временем данных становится так много, что админам приходится связывать их друг с другом, а тут одним эксель файлом уже не обойтись.

Представим, решили вы сделать свой аналог ютуба, как будете хранить инфу о пользователях? Список юзеров, там, каналы, кто на что подписан, лайки и вот это все. Сложить это все в одну таблицу? Будет неудобно и медленно работать. Очевидно, надо разделить сущности на несколько таблиц - юзеры, каналы и видосы:

Теперь свяжем данные между собой и добавим информацию о том, кто создал канал, и на каком канале залили видео.

Ага, получились связанные таблицы. Связанные, от слова связь. А связь, это по-английски relation. А в айти тусовке они так и называются - реляционные базы данных, и это один самых распространенных типов баз данных. Еще есть нереляционные базы данных, о них подробнее можно прочитать в этой статье про NoSQL.

Уф, ну теперь с данными стало гораздо удобнее работать, и мы избежали большой таблицы с повторяющимися строчками, разбив все на несколько табличек. Такой процесс еще называется нормализацией, когда мы избавляемся от избыточных данных. Ну и как раз для этого мы ввели в каждой таблице специальное поле - ID, которое идентифицирует каждую запись. Этот айди называется Primary Key, он же “первичный ключ”. А в таблице которая будет на него ссылаться, он будет называться Foreign Key, или по-русски “внешний ключ”.

Нырнем в детали и поговорим про типы связей между таблицами. Первый тип называется “Один-ко-многим” или “многие-к-одному” (One-to-Many или Many-to-One).

В нашем примере, у каждого видео может быть только один канал, где оно выложено, но на одном канале может быть много видео, поэтому в двух последних строках ID канала у нас повторяется, верно?

Отношения «один-ко-многим» также можно рассматривать как отношения «многие-к-одному», в зависимости от того, с какой стороны вы на это смотрите.

Второй тип связей называется “один-к-одному” (One-to-One) - классические табличные отношения. Вообще, это редко используемый тип связи, обычно его делают для безопасности. Это как если на нашем аналоге ютуба, мы разрешили бы создавать только один канал одному пользователю и в таблице с каналами ID создателя не могло повторяться. Такое себе, согласен? В таком случае вообще можно было бы обойтись и одной таблицей.

Ну и третий тип связей, это “многие ко многим” (Many-to-many). Это когда у нас появляется промежуточная таблица связей, которая как бы соединяет два отношения “один ко многим”, которые мы обсудили в начале разбора типов связей.

Давайте сделаем таблицу с лайками балалайками, где будем хранить ID пользователей и ID видео, к которым они поставили лайк:

А вот так они связан: каждый пользователь может поставить лайк каждому видео.

Теперь вопрос - а где все это хранить? Не в экселе же. И тут на сцену выходит термин СУБД, она же система управления базами данных - это программа, которая позволяет создавать, редактировать и администрировать реляционную базу.

Ну и для управления всей этой петрушкой используется язык структурированных запросов, SQL (Structured Query Language) эскюэль или сиквел, как иногда его называют за рубежом.

Он очень простой и понятный, вот смотри - чтобы найти названия всех видео с одного канала, нам нужно выполнить следующий запрос:

SELECT name FROM videos WHERE channel_id = 201

То есть мы буквально говорим: выбери (SELECT) имена из (FROM) таблицы видео, где (WHERE) айдишник (ID) канала равен 201.

Если вы хотите взять данные из нескольких таблиц и объединить результат, то нужно использовать в запрос параметр JOIN (от английского соединить). Вот такая упрощающая жизнь админам аналогия с разговорным языком.

Так, SQL конечно позволяет добавлять, удалять и изменять данные и сами таблицы. Но важно не забывать про схему базы данных (Database schema), которая служит для описания структуры таблицы, ее полей и ограничений. Прикол в том, что если вам потребуется добавить или убрать столбец в таблице, то это изменение коснется вообще всех данных в таблице, таким образом если мы добавляем новый столбец, то он теперь будет присутствовать в каждой строке.

Окей, а для чего вообще нужны ограничения? Для целостности твоих данных.

Помнишь мы рассказали про первичный и внешний ключ? Так вот, благодаря им мы можем удостовериться, что в таблицу не попадет запись, которая ссылается на несуществующий айдишник. Или различные ограничения полей, которые не дадут записать дублирующие или пустые данные в нашу базу (Not NULL и Unique).

И еще: транзакции. Эта штука, которая позволяет как бы склеить несколько SQL запросов в один.

Ну вот представь такую задачку: вставить данные в первую таблицу, а во второй указать ID вставленной записи. Если ты делаешь это без использования транзакций, а во время второго этапа у тебя отвалится интернет, то первая запись попадет в базу, а вторая нет. Ага, появляется интернет, и ты с улыбкой на лице идешь снова выполнить эти запросы, только на этот раз получишь ошибку, что такая запись уже есть, ибо первая то уже в базе! А в случае использования транзакций, при получении ошибки, мы откатимся до того момента, который был до начала транзакции.

А еще все эти радости помогают реляционным БД (базам данных) соответствовать так называемым требованиям ACID, которые нужны для сохранности данных - это очень важно в банковской отрасли, или любой другой, где целостность и сохранность данных супер важны.

Давай разберемся с аббревиатурой:

Atomicity — атомарность, или же проще говоря, непрерывность: это как раз про транзакции, которые мы обсудили только что. Либо операция выполняется целиком, либо никак.
Consistency — согласованность: данные, записываемые в таблицу должны соответствовать всем выставленным правилам и ограничениям, помнишь, мы говорили про первичный и внешний ключи, а также про уникальность?
Isolation — изолированность: если вы гоняете тонну транзакций одновременно, они не должны пересекаться и влиять друг на друга. Это очень важно для высоконагруженных баз
Durability — надежность: если мы получили подтверждение, что транзакция выполнена, то значит наши данные в сохранности, даже если после этого произошел сбой.

Ну и в качестве примеров таких баз данных назовем: Microsoft SQL Server, Oracle Database, MySQL, MariaDB и PostgreSQL.