Для корректной работы веб-сайта нужны не только программные файлы, но и базы данных. Чтобы взаимодействовать с базой данных, используются специальные системы управления базами данных (СУБД). В этом обзоре я расскажу, что такое базы данных и СУБД, рассмотрим их разновидности и основные различия.
Как работают базы данных
База данных может хранить самые разные данные: личные сведения пользователей, записи событий, заказы, списки клиентов и многое другое. Например, для интернет-магазина база данных может содержать информацию о ценах, каталоге товаров или услуг, а также отчеты, статистику и данные о клиентах.
Работа с базой данных позволяет быстро вносить новые данные и извлекать их при необходимости. Важной особенностью является взаимосвязь данных в базе: изменение одной записи может автоматически повлиять на другие, что облегчает и ускоряет работу с информацией. Однако база данных требуется не для каждого сайта — для небольших сайтов без обновляемого контента, например, визиток, наличие базы данных может быть необязательным.
Системы управления базами данных (СУБД)
Система управления базами данных, или СУБД, — это программное обеспечение, предназначенное для создания и работы с базами данных. Основная функция СУБД — управление данными, которые могут храниться как во внешней памяти, так и в оперативной. СУБД поддерживает специализированные языки для работы с данными и обеспечивает восстановление информации после сбоев.
Для чего нужна СУБД
СУБД дает возможность полноценно управлять базами данных, содержащими подробную информацию, например, о клиентах компании. В интернет-магазине с помощью СУБД можно хранить записи о совершенных покупках, информацию о товарах, их цене и количестве, и многое другое. Такие системы обеспечивают надежность, высокую скорость работы и удобное управление даже для крупных таблиц данных.
Помимо управления крупными данными, СУБД выполняет и множество других задач:
- модификация данных: позволяет удалять, изменять или объединять информацию внутри базы;
- восстановление данных: возвращает потерянные данные после сбоев;
- резервное копирование: настраивает автоматическое создание копий;
- запросы SQL: обеспечивает быстрый доступ к данным через SQL-запросы;
- администрирование: дает возможность регулировать доступ пользователей, назначая права.
СУБД — это незаменимый инструмент для эффективной работы с базами данных, позволяющий контролировать их, получать нужную информацию и выполнять другие функции.
Из чего состоит система управления базами данных
СУБД включает несколько ключевых компонентов:
- Язык запросов (например, SQL), позволяющий формировать запросы к базе данных.
- Ядро СУБД — центральная часть, которая обрабатывает запросы и предоставляет доступ к данным.
- Драйверы (например, ODBC) — обеспечивают связь между СУБД и программами.
- Административная консоль — интерфейс для управления базой данных: создание таблиц, назначение пользователей и их прав.
- Библиотеки — модули для создания приложений, взаимодействующих с БД.
- Хранилище данных — физическое или логическое место, где располагаются все данные, чаще всего жесткий диск.
Эти элементы работают совместно для удобного управления базой данных.
Виды систем управления базами данных
СУБД классифицируются по нескольким критериям. Вот основные:
1. По расположению данных:
- Локальные — работают на одном устройстве, где установлены.
- Централизованные — находятся на сервере и обслуживают удаленные приложения.
- Распределенные — базируются на нескольких серверах, позволяя обрабатывать данные, распределенные между устройствами.
2. По типу хранения и обработки данных:
- Клиент-серверные — разделяют функции между клиентом и сервером: клиент отвечает за запросы, сервер — за обработку и хранение.
- Файл-серверные — база хранится на сервере, а обработка происходит на клиентском устройстве.
- Встраиваемые — компактные и простые в настройке, встроены в приложения и не требуют установки на устройства клиентов.
Эти классификации помогают выбрать СУБД, оптимально подходящую для конкретных нужд бизнеса.
По языку запросов
Системы управления базами данных также классифицируются в зависимости от используемого языка запросов:
- SQL-ориентированные СУБД — используют язык SQL для работы с базой данных. Примеры: MySQL, PostgreSQL.
- NoSQL-ориентированные СУБД — применяют альтернативные языки запросов, не связанные с SQL. Например, MongoDB использует MongoDB Query Language, а Cassandra — Cassandra Query Language.
По структуре и организации данных
Классификация СУБД также основывается на том, как данные организованы и представлены внутри базы:
- Реляционные СУБД — хранят данные в виде таблиц, связанных между собой. Каждая строка имеет уникальный идентификатор, что упрощает поиск данных. Примеры: MySQL, PostgreSQL.
- Ключ-значение — вид NoSQL, где данные представлены в формате ключ-значение. Такая структура используется в Redis и Memcached.
- Документные СУБД — еще одна разновидность NoSQL, где данные хранятся в виде документов с полями и их значениями. Примеры: Amazon DocumentDB, CouchDB.
- Графовые СУБД — данные организованы в виде графа: узлы представляют объекты, а ребра — связи между ними. Эти СУБД позволяют выполнять запросы, недоступные в реляционных системах. Примеры: Amazon Neptune, Neo4j.
- Колоночные СУБД — вид реляционных СУБД, в которых данные хранятся в виде колонок, что экономит место и ускоряет запросы. Примеры: Vertica, ClickHouse.
Реляционные СУБД и язык SQL
Реляционные и объектно-реляционные СУБД — одни из самых популярных. В них данные представлены в виде таблиц, где каждый столбец (или поле) имеет уникальное название, а строки (или записи) следуют в порядке их добавления. Такая структура позволяет связывать данные из разных таблиц, объединяя их при помощи запросов.
Для управления реляционными базами данных используется язык SQL (Structured Query Language), что переводится как «язык структурированных запросов». SQL позволяет быстро и гибко управлять данными, объединяя их, изменяя, добавляя и удаляя по мере необходимости.
Основные типы SQL-команд
Команды SQL делятся на несколько категорий:
- Манипулирующие данными (DML) — для добавления, изменения и удаления данных в таблицах.
- Определяющие данные (DDL) — для создания и модификации структуры базы данных, например, создание или удаление таблиц.
- Управляющие данными (DCL) — для назначения прав доступа к данным и управлениями привилегиями пользователей.
Примеры популярных СУБД
Ниже приведен обзор популярных систем управления базами данных, часто применяемых в веб-разработке.
MySQL
MySQL – это одна из самых популярных и широко используемых систем управления базами данных, применяемая многими компаниями, такими как Facebook, Wikipedia, Twitter и LinkedIn. Это реляционная СУБД с открытым исходным кодом, распространяемая под лицензией GNU Public License. MySQL обычно характеризуется как быстрая, эффективная и гибкая система, подходящая для небольших и средних проектов.
У MySQL есть множество достоинств. Она поддерживает различные типы таблиц, включая известные MyISAM и InnoDB, а также менее распространённые, такие как HEAP и MERGE. Количество поддерживаемых типов таблиц постоянно увеличивается. MySQL обеспечивает высокую скорость выполнения запросов и может обслуживать неограниченное количество пользователей одновременно. Максимальное число строк в таблицах может достигать 50 миллионов.
Хотя MySQL предлагает меньше возможностей по сравнению с некоторыми другими СУБД, например, PostgreSQL, это делает её более простой в использовании.
Для работы с MySQL доступны как текстовые, так и графические интерфейсы. Одним из таких графических инструментов является phpMyAdmin, который позволяет управлять базой данных через браузер без необходимости знать SQL-команды.
MySQL – идеальный выбор для тех, кто ищет простую и быструю СУБД для небольших или средних проектов без сложных требований к администрированию
PostgreSQL
PostgreSQL – это свободно доступная объектно-реляционная система управления базами данных. Как и MySQL, она использует язык SQL, но поддерживает стандарт SQL-2011. Эта СУБД не имеет ограничений на максимальный размер базы данных или количество записей и индексов в таблицах.
Преимущества PostgreSQL включают надежность транзакций и репликаций, возможность наследования и простую расширяемость. Она поддерживает различные расширения и языки программирования, такие как PL/Perl, PL/Python и PL/Java, а также позволяет загружать C-совместимые модули.
Пользователи отмечают, что документация PostgreSQL более полная и подробная по сравнению с MySQL, что позволяет быстро находить ответы на многие вопросы.
Поскольку PostgreSQL часто сравнивают с такими мощными системами, как Oracle, её считают одной из самых продвинутых СУБД на сегодняшний день.
SQLite
SQLite сохраняет все данные в одном файле, обеспечивая высокую скорость работы за счёт минимального объема. Эта СУБД отличается от MySQL и PostgreSQL: она не использует модель «клиент-сервер», а вместо этого имеет единый движок и интерфейс в одной библиотеке, что ускоряет выполнение запросов. Однако у SQLite отсутствуют расширенные системы управления пользователями и функции для оптимизации производительности, что ограничивает её применение.
Oracle
Oracle — объектно-реляционная СУБД, разработанная компанией Oracle. Помимо SQL, она поддерживает процедурное расширение PL/SQL и Java, что расширяет её возможности для комплексных задач.
Благодаря стабильности и надежности, Oracle используется крупными корпорациями, которым важны безопасность, резервное копирование, масштабируемость и восстановление данных после сбоев. Но высокая стоимость лицензии делает её менее доступной для малого бизнеса.
MongoDB
MongoDB — это документоориентированная СУБД с открытым исходным кодом, предназначенная для работы с иерархическими структурами данных. Она не использует таблицы или схемы, а вместо этого хранит данные в формате документов, что особенно удобно для неструктурированных данных.
С помощью идентификатора MongoDB позволяет быстро проводить операции с объектами, показывая высокую производительность, особенно при сложных взаимодействиях. В ряде случаев приложения на MongoDB работают быстрее аналогичных SQL-приложений, поскольку MongoDB использует облегченный объектный язык запросов, характерный для NoSQL-систем. Однако этот язык запросов имеет некоторые ограничения, поэтому MongoDB лучше применять для задач, не требующих сложных выборок.
Microsoft SQL Server
Microsoft SQL Server — реляционная СУБД, разработанная корпорацией Microsoft. Она поддерживает SQL-запросы и может работать на разных операционных системах, включая Windows и Linux. SQL Server предоставляет широкий набор возможностей: поддержку транзакций, индексацию, репликацию и автоматизацию задач, таких как управление памятью.
SQL Server также предлагает бесплатную версию до 10 ГБ, которая подойдет для небольших проектов, тогда как платные версии поддерживают более сложные задачи. Одним из важных преимуществ является совместимость с другими продуктами Microsoft, такими как Excel и Access.
Redis
Redis — это система управления базами данных, работающая по принципу ключ-значение, что обеспечивает высокую производительность и минимальную задержку при работе с данными. Redis поддерживает несколько типов данных: строки, списки, множества, хеш-таблицы, и позволяет кэшировать данные, создавать распределенные системы и реализовывать очереди сообщений.
Что такое NoSQL-системы
NoSQL-системы представляют собой класс СУБД, не использующих традиционную табличную модель данных. Они предлагают различные подходы к хранению информации: документные, ключ-значение, графовые и колоночные модели. Благодаря этим особенностям NoSQL-системы позволяют эффективно обрабатывать и хранить большие объемы разнородных данных, что делает их оптимальными для веб-приложений, социальных сетей и сервисов, работающих с данными в реальном времени.
Заключение
Выбор СУБД — важный этап в разработке проекта. Учитывайте свои задачи и возможности, экспериментируйте и подбирайте ту систему управления базами данных, которая наилучшим образом подходит для решения конкретных задач.
При выборе MongoDB для веб-проекта важно также учесть подходящий хостинг, поскольку от этого зависит производительность и доступность базы данных. Хостинг для MongoDB должен поддерживать ресурсоемкие задачи, обеспечивать высокую скорость обработки запросов и резервное копирование данных. Большинство современных облачных платформ предлагают специальные настройки и инструменты для MongoDB, включая масштабирование, отказоустойчивость и автоматические обновления. Такой подход позволяет эффективно использовать возможности MongoDB, обеспечивая стабильную работу базы данных даже при высокой нагрузке.