Реляционные базы данных (РБД) — это тип баз данных, которые организуют данные в виде таблиц, каждая из которых состоит из строк и столбцов. В реляционных базах данных информация хранится и обрабатывается на основе математической теории множеств, а именно — на теории отношений. Именно отсюда и происходит термин «реляционная».
Основные концепции реляционных баз данных:
1. Таблицы (Relation)
В реляционной базе данных данные организуются в таблицы (или «отношения»). Каждая таблица состоит из строк и столбцов:
Столбцы — это атрибуты, которые описывают свойства объектов (например, имя, дата рождения, адрес).
Строки — это записи или кортежи, которые содержат данные о конкретных объектах. Каждая строка представляет собой уникальную сущность в базе данных.
Пример таблицы:
| ID | Имя | Возраст | Город |
|---|---|---|---|
| 1 | Иван | 30 | Москва |
| 2 | Анна | 25 | Санкт-Петербург |
| 3 | Сергей | 40 | Новосибирск |
2. Ключи
Ключи играют важную роль в реляционных базах данных, так как они позволяют идентифицировать записи и устанавливать связи между таблицами.
Первичный ключ (Primary Key) — это уникальный идентификатор каждой строки в таблице. Он не может содержать пустых значений (NULL).
Внешний ключ (Foreign Key) — это столбец или набор столбцов, который ссылается на первичный ключ другой таблицы. Внешние ключи используются для создания связей между таблицами.
Пример: в таблице заказов (Orders) может быть внешний ключ, который ссылается на первичный ключ таблицы клиентов (Customers).
Таблица Customers:
| ID | Имя | Возраст | Город |
|---|---|---|---|
| 1 | Иван | 30 | Москва |
| 2 | Анна | 25 | Санкт-Петербург |
Таблица Orders:
| ID | Дата | Сумма | ID_клиента (внешний ключ) |
|---|---|---|---|
| 1 | 2025-05-01 | 1000 | 1 |
| 2 | 2025-05-02 | 1500 | 2 |
Здесь внешний ключ в таблице Orders (ID_клиента) ссылается на первичный ключ в таблице Customers (ID).
3. Нормализация данных
Нормализация — это процесс упорядочивания данных в базе для минимизации избыточности и исключения аномалий при добавлении, изменении или удалении данных. Нормализация включает несколько нормальных форм:
Первая нормальная форма (1NF): Все значения в таблице должны быть атомарными (не делимыми).
Вторая нормальная форма (2NF): Таблица должна быть в 1NF, а все атрибуты, не входящие в состав ключа, должны зависеть от всего первичного ключа.
Третья нормальная форма (3NF): Таблица должна быть в 2NF, и все атрибуты, не входящие в состав ключа, не должны зависеть друг от друга.
Нормализация позволяет эффективно организовать структуру базы данных и минимизировать избыточность данных.
4. Операции над данными
Реляционные базы данных поддерживают несколько операций, которые позволяют манипулировать данными:
SELECT — для выборки данных из таблиц.
INSERT — для добавления новых записей.
UPDATE — для обновления существующих данных.
DELETE — для удаления данных.
Все эти операции описываются с использованием SQL (Structured Query Language) — языка структурированных запросов.
Пример SQL-запроса:
Этот запрос выберет все записи из таблицы Customers, где в столбце «Город» указана Москва.
5. Связи между таблицами
Одна из основных особенностей реляционных баз данных — это поддержка связей между таблицами. Существует несколько типов связей:
Один к одному (1:1): Каждая запись в первой таблице может соответствовать только одной записи во второй таблице, и наоборот.
Один ко многим (1:N): Каждая запись в первой таблице может соответствовать многим записям во второй таблице, но каждая запись во второй таблице соответствует только одной записи в первой.
Многие ко многим (N:M): Каждая запись в первой таблице может соответствовать многим записям во второй таблице, и наоборот. Для реализации этой связи обычно используется промежуточная таблица.
Пример связи Один ко многим: таблица авторов и таблица книг.
В таблице авторов может быть один автор с несколькими книгами, но каждая книга принадлежит только одному автору.
Таблица Authors:
| ID_автора | Имя |
|---|---|
| 1 | Толстой |
| 2 | Чехов |
Таблица Books:
| ID_книги | Название | ID_автора (внешний ключ) |
|---|---|---|
| 1 | Война и мир | 1 |
| 2 | Анна Каренина | 1 |
| 3 | Вишневый сад | 2 |
6. Транзакции
Реляционные базы данных поддерживают транзакции, которые позволяют выполнять несколько операций над данными как одну логическую единицу работы. Транзакции обеспечивают консистентность данных даже в случае сбоев или ошибок.
Каждая транзакция должна удовлетворять четырём основным свойствам, известным как ACID:
Atomicity (Атомарность): Все операции транзакции выполняются как единое целое.
Consistency (Согласованность): Транзакция переводит базу данных из одного согласованного состояния в другое.
Isolation (Изоляция): Результаты транзакции не видны другим транзакциям до её завершения.
Durability (Долговечность): После завершения транзакции её изменения сохраняются, даже в случае сбоя системы.
7. Реляционная модель данных
Реляционная модель данных была предложена Эдгаром Ф. Коддом в 1970 году, и она основывается на теории множеств. Важнейшими концепциями являются отношения (таблицы), атрибуты (столбцы) и кортежи (строки). Реляционная модель предполагает, что все операции с данными могут быть описаны в терминах математических операций над отношениями.
Преимущества реляционных баз данных:
Упорядоченность и структура: Строгая структура таблиц и ключей позволяет легко управлять данными.
Гибкость: Реляционные базы данных позволяют эффективно обрабатывать большие объемы данных и выполнять сложные запросы.
Целостность данных: Механизмы целостности и транзакций гарантируют правильность и согласованность данных.
Масштабируемость: Современные СУБД (системы управления базами данных) могут работать с большими объемами данных, а также поддерживают горизонтальное и вертикальное масштабирование.
Недостатки:
Ограничения по гибкости: В некоторых случаях реляционная модель может быть не самой удобной для хранения данных, которые не вписываются в структуру таблиц (например, графовые данные или данные с частыми изменениями схемы).
Сложность запросов: Для сложных аналитических операций может потребоваться создание сложных запросов, что может затруднить работу с большими объемами данных.
Примеры популярных СУБД:
MySQL
PostgreSQL
Oracle Database
Microsoft SQL Server
Реляционные базы данных — это классический подход к управлению данными, который используется во множестве приложений, от небольших веб-сайтов до крупных корпоративных систем.
