База данных — это совокупность данных, отражающая состояние объектов в рассматриваемой предметной области.

Под данными подразумевается зарегистрированная информация, представление понятий или инструкций в форме, подходящей для передачи, связи, обработки человеком или машиной. Базы данных включают прайс-листы, каталоги продукции, контакты пользователей, а также отчеты, статистику продаж и т. д. Изменения в ячейках взаимосвязаны и оказывают влияние друг на друга.

Работы в БД чаще всего осуществляются с помощью языка структурированных запросов SQL, которые служат для получения необходимой информации из базы данных. Язык был разработан в IBM, в 70-х годах прошлого столетия. Несмотря на существование современных языков программирования запросов, в базах данных продолжает использоваться SQL, с разделением команд на манипулирующие, управляющие и определяющие.

Важные свойства

Определение базы данных подтверждает наличие:

• Имени. Без имени нет и самой базы данных;
• Фиксирования состояний объектов и их отношений в определенное время. По некоторым причинам оно может измениться, например, стоимость товара может характеризовать его состояние. При изменении цены меняется состояние товара;
• Фиксирования информации об объектах из предметной области. Если предметная область «Библиотека» — то в базе отмечены данные по книгам, их расположению в библиотеке и т. д. Предметная область — «Магазин» содержит информацию по товарам и их ценам, по наличию товара в торговых точках и т. д.

Среди основных черт БД можно отметить ее постоянство. Проявление замечено сразу в нескольких контекстах:

• Постоянное накопление и использование данных;
• Постоянный состав и структура данных во времени. Их изменения подтверждают нахождение БД в процессе проектирования и разработки;
• Изменение элементов данных. Актуализация информации, которая содержится в каждой базе данных.

Базы данных и электронные таблицы

Электронные таблицы создавались с функцией полного контроля для одного пользователя и ограниченным набор для нескольких. Набор данных изначально небольшой, как и количество вносимых изменений. БД выполняют работу с определенным объемом упорядоченной информации, в отличие от таблиц предназначены для деятельности нескольких пользователей, которые могут одновременно вносить изменения.

Типы баз данных

Критерии определения видов баз данных очень много, в том числе такие:

Представление информации

Фактографические формы — представлены в виде фактов об объектах предметной области в зависимости «параметр — значение».
Документальные формы — представлены в виде полнотекстовых документов.
Мультимедийные формы — представлены в виде аудио- или видеоконтента и т. д.

Тип модели данных

Реляционные. Данные собраны в таблицы и связи между ними, например, БД Microsoft SQL Server, PostgreSQL и др.
Нереляционные. Данные представлены в виде отличных от таблиц структур, например, JSON-подобных объектов, сетевых или иерархических структур, например, БД ElasticSearch, MongoDB.

Топология хранения

Большая часть современных БД размещается на одной или на нескольких машинах.
Локальные — размещены на одной машине.
Распределенные — размещены на нескольких машинах.

Назначение функциональное

Операционные. Используются для операции записи, например, добавлений, изменений, удаления данных.
Справочно-информационные. Используются для чтения.

Доступность

Общедоступные открыты для всех пользователей с бесплатным доступом к базам данных, например, БД энциклопедии Wikipedia.
С ограниченным или платным доступом к базам данных, например, БД энциклопедии Encarta.

Популярные системы управления

Система управления базами данных — программное обеспечение, обязательное для создания и обслуживания файлов БД. Процесс работы может быть упрощен от ввода данных до отчетности. Система управления БД выполняет резервное копирование, поддерживает безопасность, обеспечивает общий доступ к БД. СУБД гарантирует одновременную работу нескольких пользователей с базами данных.

MySQL

Самая распространенная система управления базами данных, которая используется в ряде мировых компаний, таких как Meta, Twitter, Amazon и т. д. Реляционная СУБД относится к свободному ПО.

Особые свойства:

• Возможность работы с таблицами, от InnoDB или MyISAM до MERGE или HEAP.
• Поддержка обновления и добавления новых таблиц.
• Идеальная скорость работы — MySQL заслужила репутацию одной из быстрых, несмотря на одновременное нахождение нескольких пользователей, когда количество строк в таблицах достигает 50 миллионов.
• MySQL поддерживает минимум возможностей в сравнении с другими СУБД.
• MySQL обеспечивает доступ текстового и графического режима. Приложение phpMyAdmin позволяет работать с базой данных через браузер без SQL-команд.

Гибкая и удобная MySQL отлично подходит для крупных или средних проектов.

Oracle

Название СУБД объектно-реляционного типа связано с компанией-разработчиком. Работа с Oracle поддерживается на языке Java, с расширением PL/SQL.

Особые свойства:

• Быстрое восстановление после сбоев, надежность бэкапа, масштабирование и т. д.
• Гарантия надежной защиты размещенных данных.
• Значительная стоимость активации и дальнейшего использования. Она может быть не доступна начинающим или небольшим компаниям.

PostgreSQL

Относится к объектно-реляционному типу, который работает на языках SQL и MySQL. Отличие от MySQL можно назвать применение инноваций и расширение функционала.

Особые свойства:

• перегрузка функций и таблиц;
• поддержка нескольких типов данных;
• расширяемость, используются готовые расширения, а также создаются собственные.

PostgreSQL помогает хранению больших объемов данных, обрабатывает сложные запросы, выстраивает небольшие DWH для геоинформационных систем, веб-приложений и т. д. Не подходит для работы с БД, где используется горизонтальное масштабирование, а также преобладают записи чтения.

MongoDB

Вариант относится к NoSQL-системам и является документориентированной СУБД с открытым исходным кодом. Для хранения данных применяется JSON-подобный формат. Обычно используется язык запросов и обеспечивается несколько видов поиска. Выдерживает большие нагрузки за счет горизонтального масштабирования.

Особые свойства:

• Не нуждается в описании схемы таблиц. Данные сохраняются в формате BSON.
• Коллекции не связаны между собой соединениями типа JOIN. Соединение выполняется с учетом объединения документов.
• Различная структура коллекций, например, один документ может иметь определенный набор полей, тогда как у другого — совершенно другой. MongoDB позволяет сохранять любые данные в формате JSON.

MongoDB используется в мобильных приложениях, играх, электронной коммерции, CMS-системах и в других сферах, где применяется высокая нагрузка. Структурированные базы данных нуждаются в создании таких жестких схем, где система применяется достаточно редко.

Redis

Еще одна NoSQL-система, выполняющая хранения данных типа «ключ-значение».

Особые свойства:

• обработка большого числа операций в секунду, с помощью хранения информации In-Memory;
• при необходимости копирование данных на диск и в память;
• сохранение растровых изображений, списков, наборов и т. д.

Высокая скорость работы Redis поддерживает хранилища с большим объемом данных, куда входит кэш, инвентаризационные системы, действующие в реальном времени, а также системы с краткосрочными данными и т. д. СУБД не используется при работе с маленькими объемами информации, а также при требовании OLAP- или OLTP-хранилища.

Elasticsearch

Распределенная СУБД поддерживает структурированные и полуструктурированные данные. Относится к самым масштабированным поисковым системам и входит в группу Elastic Stack.

Особые свойства:

• поисковый сервер имеет исходный код, написанный на Java;
• распределенное хранилище без схем, REST & JSON;
• веб-интерфейс с выводом JSON;
• встроенный анализатор текстов и полнотекстовый поиск;
• поиск в реальном времени;
• режим разных языков и геолокации.

Решает задачи с поиском в режиме реального времени структурированных данных. В большинстве случаев это поисковики интернет-магазинов, веб-сайтов, сервисы по вычислению шпионских программ и мошенничества.

SQLite

Реляционная СУБД, выпускается в виде библиотеки на языке C.

Особые свойства:

• Встраивание в приложение, отсутствие работы «клиент-сервер». СУБД как локальный файл хранится на устройстве и по умолчанию может быть встроена в телефоны и компьютеры.
• Нулевая конфигурация при поставке не требует администрирования или настройки.
• Малогабаритный размер.
• Автономность предполагает защищенность от внешних зависимостей.
• SQLite-транзакции совместимы с ACID, обеспечивают доступ к разного рода процессам или потокам.

SQLite вписывается в работу с мобильными приложениями, небольшими веб-сайтами, локальным кэшем, настольными приложениями, интернетом вещей и т. д.

Отделение данных от приложения сетью для решения задач и для сервисов с высоким трафиком, большим количеством параллельных операций и значимым объемом данных SQLite не подойдет. СУБД может работать с базами данных размером до 281 терабайта.

Neo4j

Представляет графовую СУБД, которая создана для хранения и анализа наборов данных, поддерживающих связь между собой. Информация подается в виде отношений и свойств, с помощью которых их описывают. Структуру графа можно изменить в режиме реального времени.

Особые свойства:

• отличная производительность и масштабируемая архитектура;
• поддержка правил ACID, а именно — атомарность, согласованность, изоляция, надежность;
• декларативный язык запросов Cypher;
• наличие веб-приложения Neo4j Browser.

СУБД эффективно решает задачи, требующие построения графиков и проведения анализа связей между данными. Это могут быть системы, направленные на борьбу с мошенничеством, с производством рекомендаций в режиме реального времени, а также осуществляющие управление коммуникациями и IT-инфраструктурой.

Neo4j не подходит для задач с противоречивой связью данных, независимо от структуры. Не рекомендуется применять Neo4j в системах с требованием хранения двоичных или текстовых данных, системах, с преобладанием записи информации над чтением, а также ожиданием массового сканирования данных без указания начальной точки поиска для системы.