Бази даних: типи та особливості

Дані — це основа практично будь-якої сфери, тому бази даних відіграють ключову роль у підтримці стабільної та швидкої роботи систем. Правильний вибір типу БД може суттєво вплинути на можливість масштабування, продуктивність і зручність роботи з даними.

У цьому матеріалі розглянемо основні типи даних, їхні переваги, недоліки та можливі сфери застосування.

Типи баз даних

Всі бази даних можна розділити на декілька груп, кожна з яких призначена для різних типів даних та завдань, — це прості, реляційні та нереляційні.

Прості БД

Ієрархічні БД 

Це такі бази даних, що організовані у вигляді деревоподібної структури. Записи сформовані ієрархічно у вигляді батьківських і дочірніх елементів. Кожен батьківський елемент може мати декілька дочірніх, проте дочірні елементи прив’язані лише до одного батьківського. Основа цієї структури — кореневий вузол.

Такі бази є ефективними для даних, які мають природну ієрархічну організацію, наприклад, структура організації чи каталог товарів. Завдяки чітким зв’язкам між файлами можна швидко отримати доступ до потрібної інформації, проте у багатьох випадках треба знати чіткий шлях до файлу. 

Також ця система баз даних не є гнучкою, якщо казати про структуру даних. Наприклад, якщо з’являються нові зв’язки або проміжні рівні, що порушують наявну структуру, змінити базу даних буде важко.

Ієрархічні бази даних підійдуть для тих систем, де дані змінюються рідко і мають стабільну структуру.

Мережеві БД

Це такий тип баз даних, де дані реалізовані у вигляді мережевої моделі, що дозволяє створювати складні зв’язки між файлами. Тобто один дочірній запис може мати декілька батьківських елементів. Отже, ці БД мають розширені можливості ієрархії та дозволяють краще відобразити складні структури даних. 

Структура бази даних дозволяє динамічно змінювати зв’язки та додавати нові рівні без проблем. Для доступу до даних використовуються навігаційні шляхи, де вказівники-індекси ведуть від одного запису до іншого. Проте для проєктування такої бази необхідно одразу чітко визначити всі можливі зв’язки між даними.

Такий тип баз даних є менш популярним, проте необхідним для:

• використання промисловими підприємствами або в логістиці для відстеження компонентів, постачальників і клієнтів;
• фінансових систем, щоб зберігати дані про транзакції, рахунки і клієнтів, а також для комплексного відстеження зв’язків;
• організацій з багатьма типами зв’язків між працівниками, підрозділами і підприємствами.

Реляційні БД

Це найбільш відомий тип бази даних, де дані зберігаються у структурованих таблицях. Кожна таблиця складається зі стовпчиків та рядків, а зв’язки між таблицями відбуваються за допомогою ключів. Кожен стовпець визначає тип даних, а рядок — запис або елемент даних у таблиці.

Таблиці мають декілька ключів:

• первинний — ідентифікатор для кожного запису в таблиці;
• зовнішній — елемент, який пов’язує між собою декілька таблиць, створюючи логічний зв’язок.

Це дозволяє впроваджувати метод нормалізації — уникнення дублювання даних. До переваг нормалізації можна віднести зменшення обсягу БД, спрощення масштабування, підвищення цілісності системи та відмовостійкості.

Для роботи з реляційними базами даних використовується мова структурованих запитів SQL. Вона дозволяє виконувати запити для отримання, оновлення, вставки, видалення даних, керувати структурою БД і доступом користувачів. До систем управління БД відносяться MySQL, PostgreSQL, MariaDB, SQLite.

Проте реляційні бази даних мають і суттєві недоліки. В умовах високих навантажень або великих обсягів даних БД важче масштабувати. А якщо треба змінити типи інформації, потрібно редагувати саму структуру даних.

Реляційні БД ідеально підходять для систем, яким потрібна висока точність, структурованість та цілісність даних. Тому вони використовуються у фінансовій сфері, системах електронної комерції, управління інвентарем та CRM-системах.

Нереляційні БД або NoSQL

Це тип баз даних з гнучкою структурою, який зберігає дані у форматах, відмінних від таблиць. Нереляційні бази були розроблені для того, щоб перекрити основні недоліки реляційних. Під NoSQL мається на увазі, що використовуються не SQL або не тільки SQL-запити.

Бази даних «ключ-значення»

Найпростіший вид нереляційних БД. Такі бази працюють на основі моделі даних «ключ-значення». Кожен запис у базі містить ключ-ідентифікатор запису та значення, пов’язане з ключем. Основна ідея цієї бази — дані не мають залежностей і не належать до певних структур, як у випадку з реляційними БД. Тому їх легко масштабувати за потреби.

Доступ до даних відбувається за унікальним ключем, а це забезпечує швидкий пошук, що корисно для великої кількості даних. Тут можна зберігати інформацію різного формату, як, наприклад, JSON- чи XML-файли, рядки, числа і текст в одній БД. 

Основний недолік бази даних «ключ-значення» — це обмеженість запитів через відсутність підтримки складних реляційних операцій і SQL-запитів. Тому такі бази не підійдуть для проєктів, де необхідно робити складні аналітичні операції.

Цей тип баз даних підходить для кешування, зберігання сесій користувача, роботи з реєстрами та іншими сценаріями, де потрібен швидкий доступ до простих даних. БД «ключ-значення» часто використовують в системах електронної комерції.

Документо-орієнтовані БД

У цих базах даних інформація зберігається у структурованих форматах: JSON, XML, BSON. Зазвичай кожен запис створюється як новий документ, що забезпечує гнучкість та простоту в роботі з даними. 

Документи можуть містити вкладені дані, наприклад, масиви чи об’єкти, і це дозволяє будувати складні структури та зберігати всі пов’язані файли в одному документі. Але це може сповільнювати роботу з великими документами і погано впливати на продуктивність.

Такі БД добре підходять для масштабування, якщо додати нові вузли для збереження більшого обсягу даних. Проте важливий недолік — це використання великої кількості пам’яті через ймовірне дублювання даних, особливо якщо структура системи складна.

Документо-орієнтовані БД добре підходять для розробки систем та сервісів, що працюють з даними з різною структурованістю. Ці бази легко масштабуються та змінюють структуру. Така особливість необхідна для застосунків, де дані та їхній формат можуть з часом змінюватися. Також бази даних можна використовувати для платформ для зберігання контенту, соціальних мереж, аналітичних систем.

Графові БД

Це бази для моделювання складних відносин за допомогою теорії графів, де об’єкти — це вузли чи вершини графа, а зв’язками виступають ребра. Також БД містить властивості — це додаткові дані, що зберігаються в кожному вузлі чи ребрі. Наприклад, це ім’я користувача, дата створення зв’язку тощо.

Така структура дозволяє компенсувати обмеження реляційних БД і робить більший акцент на відносинах між даними. Кожен запит працює безпосередньо з пов’язаними вузлами, що знижує складність системи. Також в базу даних легко додавати нові вузли без серйозного впливу на структуру. Тому графові бази підходять для моделювання складних взаємозв’язків і обробки великої мережі даних, наприклад, соціальних мереж чи мережевих інфраструктур.

Проте графові БД можуть бути складнішими для налаштування, і не кожна IT-структура може адаптуватися до графової моделі. Наприклад, ця база даних є менш ефективною під час роботи з традиційними транзакціями.

Післяслово

Вибір бази даних — це один з критичних етапів для успішного функціонування проєкту. Кожна база даних має свої сильні та слабкі сторони, які впливають на роботу застосунку. Сучасні рішення часто містять використання кількох типів БД, щоб максимально ефективно обробляти різні види даних.

Щоб навчитися керувати реляційними базами даних як профі, реєструйся на курс Вебсервери на Linux. Крім цього, за 4 тижні ти навчишся налаштовувати сервери, підіймати продуктивність зв’язки вебсервера і переносити вебпроєкт з одного сервера на інший.