Что такое база данных

Современные компании хранят огромное количество информации: данные об операциях, контрагентах, работниках, клиентах и т. д. Сохранять информацию выгодно, потому что данные можно проанализировать и найти новые способы роста прибыли бизнеса.

Если компания небольшая, данные можно сохранить в Google Sheets, файлах Excel или даже в печатном виде в папках. Но если это крупная компания с миллионами операций в день, Excel уже не подойдет: в одном файле помещается максимум около миллиона строк.

Файлы Excel и Google Sheets при сотнях тысяч строк начинают сильно тормозить — работать с информацией в них уже неудобно. Тут на помощь приходят базы данных (БД). В статье разберем виды БД, свойства и популярные системы управления базами данных, которые помогают превратить большой объем информации в удобную систему. В статье разберем виды БД, свойства и популярные системы управления базами данных (СУБД).

База данных: что это

База данных простыми словами — это место, где хранятся данные в электронном виде.

В базе данных может храниться что угодно: фотографии на телефоне, расположение игроков на карте в компьютерной игре, номера заказов в сервисе такси или доставки продуктов. Основная работа базы данных — сохранение, изменение, быстрый поиск.

Работу с базой данных невозможно представить без СУБД (системы управления базой данных). Она позволяет изменять, добавлять или удалять данные, получить из базы нужную информацию по запросу или восстановить базу данных. Одни из самых популярных СУБД — Oracle, MySQL, Microsoft SQL Server, PostgreSQL.

На курсе «Python-разработчик» целый блок посвящен изучению баз данных. Вы узнаете, как работать с СУБД SQLite и PostgreSQL и программной библиотекой SQLAlchemy для работы с реляционными СУБД. Сделаете проект, где компания сможет выбирать поставщика товаров, исключить поставку одинаковых товаров от разных поставщиков, искать и сортировать информацию. По окончании курса с поддержкой нашего центра карьеры найдете первую работу.

Чем база данных отличается от таблиц Excel и Google Sheets

Внешне Excel, Google Sheets и базы данных похожи, но разница есть. В БД можно:

• Хранить больше записей и быстро их обрабатывать.
• Установить отношения между несколькими таблицами — связи, благодаря которым одновременно обрабатывают данные в нескольких таблицах одной БД. Еще связи нужны, чтобы обеспечить целостность данных и чтобы в базе не было потерянных записей. Если удалить из БД клиента, информация о нём удаляется во всех связанных таблицах. Если добавить — добавляется.
• Работать с расширенным набором функций: поиск, фильтрация, сортировка, агрегация и т. д.

Excel и Google Sheets ограничены размером файла. Они подойдут, если нужно работать с небольшим количеством данных и выполнять базовые операции. Для хранения и анализа больших объемов структурированных данных понадобится БД.

Свойства базы данных

Свойства баз данных:

• Быстродействие. Excel и Google Sheets тормозят, когда много данных. В них сложнее найти нужное. В БД проще и быстрее — и ничего не тормозит.
• Простота получения и обновления данных. За два клика можно обновить или добавить данные в базу.
• Безопасность. В большинстве БД можно настраивать разные уровни доступа к таблицам. Например, давать разрешение читать и редактировать не всем пользователям, а только некоторым.
• Многопользовательский доступ. С БД одновременно могут работать несколько человек.
• Объем хранимых данных. База данных дает возможность сохранять миллионы различных записей.

Как хранится информация в БД

По способу хранения данных БД делятся на:

• Централизованные — вся информация хранится на одном компьютере. Это может быть автономный ПК или сервер, к которому есть доступ у пользователей.
• Распределенные — информация распределена по разным компьютерам. Используется в локальных и глобальных компьютерных сетях.

База данных — это информационный склад. Сам по себе этот склад не может найти и обработать нужную клиенту информацию. Здесь в работу вступает СУБД. Система управления базой данных — это программное обеспечение, которое позволяет вносить изменения и отправлять запросы в базу данных, структурировать информацию и при необходимости восстановить базу с нуля.

Приходите на курс «Java-разработчик» — это не только подробные знания и практические навыки по программированию, работе с СУБД и языком запросов SQL. Еще 440 часов обучения от топовых экспертов в области, 5 проектов в портфолио, помощь в составлении резюме и диплом установленного образца. Благодаря этому вы легко найдете работу.

Типы баз данных

Существует огромное множество типов баз данных. Наиболее часто используют следующие типы:

• реляционные,
• нереляционные,
• документоориентированные,
• графовые,
• колоночные (столбцовые),
• key-value,
• сетевые,
• иерархические.

✔️ Реляционные. Состоят из множества таблиц, а между таблицами есть связи.

Две основные характеристики реляционной базы:

1. Информация лежит в некотором количестве таблиц и распределена по ним по смыслу.
2. Таблицы не существуют независимо друг от друга — они связаны определенными столбцами.

Чаще всего специалисты пользуются реляционными базами данных. Это базы, состоящие из множества таблиц, между которыми есть связи. Реляционные БД используют везде, где есть необходимость в сохранении огромных объемов информации: в IT-компаниях, банках, магазинах и так далее.

Обычно данные в реляционной БД хранят во вложенных таблицах. Информацию вносят с помощью записей.

Таблица — это вложенный объект по отношению к базе данных. Это значит, что база данных содержит внутри себя некоторое количество таблиц. Таблицы хранят разные группы данных. Например, одна таблица может хранить номера телефонов клиентов, а другая — список товаров на складе.

Таблица выглядит как лист в Google Sheets или Excel. Она состоит из определенного количества строк и столбцов. У каждого столбца бывает свое имя. В каждом из столбцов содержатся данные, относящиеся к заголовку столбца.

Запись — это одна строка в таблице в базе данных. Если менеджер добавляет данные нового пассажира или водителя в систему баз данных, то в таблице появляется новая запись.

К значениям столбца обычно есть некоторые требования. Часто в столбце реляционной базы данных хранятся данные одного типа: числа, тексты, файлы или другое.

Если создать реляционную базу данных, например, для такси, то она может содержать такие таблицы:

• заказы такси;
• таксисты;
• клиенты (или пассажиры);
• автомобили.

База данных такси содержит четыре таблицы, в каждой из которых — определенное количество столбцов. Например, в таблице «Клиенты» три столбца: «ID клиента», «Телефон клиента» и «Город клиента».

Можно было бы добавить всю информацию по заказам, таксистам, клиентам и автомобилям в одну таблицу, но она получилась бы слишком громоздкой. Анализировать и строить модели машинного обучения на основе такой таблицы было бы очень сложно, потому что модели машинного обучения нужны данные с определенным типом закономерностей. Удобнее, когда информация — в реляционной базе данных. То есть в разных таблицах в зависимости от смысла.

Реляционные базы данных не годятся для хаотичных неструктурированных данных, которые сложно распределить по нескольким таблицам в зависимости от смысла.

Еще бывают бизнесы и продукты, где необходим быстрый ответ на запрос, например онлайн-торги. Для них реляционные БД не подходят — лучше использовать другой тип.

✔️ Нереляционные БД. Нереляционные системы баз данных — базы данных, в которых информация содержится в виде документов JSON — стандартный текстовый формат, в котором данные структурированы на основе определенного языка программирования — джаваскрипт. Это язык программирования, который используется, например, для механизма обновления ленты новостей в соцсетях, анимации, интерактивных карт и многого другого. А в случае БД помогает структурировать данные.

✔️ Документоориентированные базы данных. По названию можно понять, что в базе данных такого типа единицей информации является документ. Обычно нет никаких ограничений по формату этого документа — он может быть в json-формате, xml, int и т. д.

В документоориентированных базах данных нет схемы данных — это значит, что можно добавлять новые данные как угодно и в каком угодно формате, не требуя, чтобы у всех остальных записей БД была одинаковая структура.

Примеры таких БД — MongoDB, Couchbase, Firebase.

✔️ Key-value базы данных. В такой базе данных удобно хранить информацию, которая легко представляется в виде пары «ключ — значение». Ключ — это специальное поле в таблице с уникальной информацией. Эти поля используют для хранения уникальных идентификаторов объектов, например ID клиента или кода товара. Значение указывает на характеристики ключа.

Самый главный плюс key-value-баз — они быстро выдают значение по ключу. Поэтому такие БД часто используют в задачах, когда ответ от базы важно получать в режиме онлайн.

Пример БД key-value

✔️ Графовые. Этот тип баз данных хранит информацию в графах. Графы — математический термин и означает совокупность двух множеств: множества объектов — вершин и множества парных связей этих объектов — ребер. Пример графа — дерево каталогов в компьютере: диски, папки и файлы — вершины, вложенность файлов и папок в папки и диски — ребра.

Графовый тип подходит, когда нужно получить информацию об основном объекте и об объектах, которые с ним связаны.

Пример проекта, в котором идеально использовать графовые базы данных, — обычная социальная сеть вроде ВК. Графовая база данных поможет быстро найти всю необходимую информацию не только нужного нам пользователя, но и всех его друзей, групп и сообществ.

✔️ Столбцовые. В столбцовые (или колоночные) БД данные записывают в столбцы, а не в строки.

Колоночные БД удобны, когда нас интересует информация не во всех столбцах, а в каких-то конкретных. Искать по конкретным столбцам быстрее, чем по строкам.

Допустим, у нас есть таблица, где 100 миллионов записей за год. В колонке «Дата» будут храниться только 366 записей, потому что в году 366 дней — включая високосные. Можно заменить 100 миллионов отсортированных записей в этом поле на 366 пар значений вида <Дата, количество раз> — и в таком виде хранить их в базе. Такая запись занимает в 100 тысяч раз меньше места и ускоряет выполнение запросов.

Денис Кондратьев, программист с опытом 17 лет, разработчик компьютерных игр, рассказывает о сетевых и иерархических типах баз данных.

Сетевые и иерархические базы данных — это два примера структур данных, используемых в системах управления базами данных (СУБД). Они впервые появились в 60–70-х годах и служат основой для многих современных концепций и практик в области управления данными.

✔️ Сетевая база данных — это тип БД, в которой данные организованы по принципу сети или связанной структуры. То есть у одной записи может быть несколько родительских и дочерних записей.

Представьте сетевую базу данных для больницы. У вас есть таблицы «Пациенты», «Врачи» и «Больницы». Пациент может наблюдаться у нескольких врачей: то есть может быть несколько родительских записей. А один врач может наблюдать разных пациентов: у врача несколько дочерних записей. Так врачи и пациенты образуют связанную структуру, или сеть отношений. Еще у больницы множество врачей и пациентов, а врач может быть связан с несколькими больницами. Это создает дополнительные связи в сети.

✔️ Иерархическая база данных строится по принципу «родитель — ребенок», где каждый дочерний элемент имеет только один родительский элемент. Эта модель организует данные в древовидной структуре и идеально подходит для сценариев, где нужно хранить информацию в предопределенной и строго упорядоченной иерархии.

Рассмотрим систему управления файлами на компьютере. Местоположение каждого файла уникально в иерархической структуре каталогов или папок. Например, папка «Мои документы» может содержать подпапки «Фотографии», «Видео» и «Текстовые документы». В этих подпапках есть собственные файлы или дополнительные подпапки. В этом примере «Мои документы» — родительский элемент для «Фотографий», «Видео» и «Текстовых документов», а эти элементы, в свою очередь, могут быть родительскими элементами для своих файлов или подпапок.

Эта структура напоминает иерархическую базу данных, где у элемента есть только один «родитель», но может быть несколько «детей» или подэлементов.

Иерархические базы данных были весьма популярны в ранних СУБД, но они менее гибкие по сравнению с сетевыми или реляционными базами данных.

Как получить информацию из БД и связать данные между собой

Чтобы получать, добавлять, сохранять нужные данные в базе данных, в большинстве случаев используют язык запросов SQL. Это простой язык программирования, который помогает извлечь необходимый срез данных из базы.

Чтобы обозначить связи в БД, используют primary key и foreign key.

Primary key — это столбец (или группа столбцов) в таблице с уникальными значениями. Если брать пример с той же базой такси — primary key каждой таблицы там обозначен светло-зеленым цветом.

Пример реляционной БД такси

В верхней таблице, которая хранит заказы такси, каждая строка будет содержать в себе информацию об отдельном заказе со своим уникальным ID. Это значит, что в таблице не будет строк с одной и той же информацией.

Foreign key — это такой столбец в таблице, в котором содержится primary key из другой таблицы. На картинке foreign key выделены серым. ID автомобиля является primary key в таблице с автомобилями, но во всех других таблицах (например, в таблице с таксистами) ID автомобиля будет являться foreign key.

Выстраивание связей между таблицами — не единственная функция foreign и primary key. Еще они могут помочь контролировать корректность записей в таблицах. Например, если мы хотим добавить запись с новым таксистом в таблицу с таксистами и неправильно написали ID автомобиля, то база данных сообщит об этом. База не найдет соответствующий ID автомобиля в таблице с автомобилями и выдаст сообщение, что где-то произошла ошибка.

Примеры использования баз данных

Базы данных сейчас используют почти везде: это один из надежных способов ничего не потерять.

На сайтах все статьи и картинки хранятся в базах данных. Когда пользователь заходит на сайт, контент извлекается из БД. Чтобы хранить фото, контакты, музыку на смартфоне, тоже используют базы данных. Благодаря этому пользователь может получить молниеносный доступ к информации.

На любом сайте или в приложении, где есть регистрация, логины и пароли тоже хранятся в базе данных.

В большой компании данные о сотрудниках — имена, данные документов, банковские счета для зарплаты — всё хранится в базах данных. В маленькой компании информацию можно иногда хранить в обычной таблице.

Популярные СУБД

СУБД — система управления базами данных. Это инструменты, с помощью которых запрашивают данные в базе, изменяют или создают базы. В компаниях наиболее популярны такие бесплатные СУБД:

• Это реляционная СУБД. Ее используют в Google, LinkedIn, Amazon, Meta* и других крупных и средних компаниях.
• Это объектно-реляционная СУБД. Она поддерживает большое количество разных языков программирования и типов данных. Для этой СУБД можно использовать существующие расширения или писать собственные — создавать скрипты для новых объектов.
• Это нереляционная документоориентированная СУБД. Такая система может работать с огромными массивами данных весом от 1 Тб.
• Redis (Remote Dictionary Server). Это открытая NoSQL-система управления базами данных. То есть она не использует язык запросов SQL, а запрашивает данные с помощью других языков программирования и конструкций. Redis полезна, чтобы хранить игровые сессии, рейтинговые таблицы, состояние игроков, статистику игр и других временных или постоянных данных, которые нужно обрабатывать быстро.

Полезные материалы для изучения баз данных

Рассказывает Денис Кондратьев, программист с опытом 17 лет, разработчик компьютерных игр.

Новичкам полезно изучить:

📌 Книги

«Базы данных: Введение в теорию и методологию» А. С. Маркова, К. Ю. Лисовского. В книге — обзор теории баз данных и как их применять на практике.

Database System Concepts А. Силбершатца, Г. Ф. Корта и С. Сударшана. Это классический учебник, который подробно рассказывает о концепциях баз данных.

📌 Онлайн-курсы

Introduction to Databases на Coursera от Стэнфордского университета. Этот курс включает различные виды баз данных: реляционные, иерархические, сетевые и объектно-ориентированные.

Databases на edX от Harvard University. В курсе — про важные концепции: язык SQL, реляционные базы данных и т. д.

📌 Любой курс по разработке от Skypro.

За 10–12 месяцев вы получите нужные основы, выполните практические задания и сразу сможете работать с базами данных. Готовый проект положите в портфолио — это увеличит ваш вес в глазах работодателей. С поддержкой экспертов нашего центра карьеры сможете составить сильное резюме, сопроводительное письмо и найти хорошую работу.

Курс Skypro «Аналитик данных».

За 12 месяцев научитесь работе с СУБД, освоите язык запросов SQL, Excel, основы Python, программы для визуализации данных и сможете уверенно презентовать результаты анализа заказчику. После прохождения курса гарантируем трудоустройство и выдаем диплом о профпереподготовке.

📌 Веб-сайты и блоги

W3Schools — множество учебников и руководств по языку SQL и другим темам, связанным с базами данных.

Stack Overflow — ответы на вопросы о базах данных и SQL.

Database Journal — статьи, советы, учебники и новости о различных типах баз данных.

📌 Интерактивные платформы для обучения

Codecademy — интерактивные курсы по SQL и работе с базами данных.

SQLZoo — интерактивные упражнения для изучения языка SQL.

«Важно помнить, что изучение баз данных — это не только о том, чтобы усвоить SQL или какой-то конкретный тип базы данных. Это про понимание основных принципов проектирования баз данных, моделирования и управления данными».

Денис Кондратьев

программист, разработчик компьютерных игр

Если хотите анализировать сложные данные, стать продвинутым пользователем Excel и научиться работать с языком запросов SQL, пройдите курс «Аналитик данных». Освоите профессию с нуля, даже если совсем нет опыта в IT. Мы не только дадим знания, но и доведем до новой работы — или вернем вам деньги за курс. Гарантию прописываем в договоре.

Коротко: что такое база данных

• База данных — место хранения информации в электронном формате. БД нужны, чтобы собирать, сохранять и изменять большое количество данных.
• СУБД (система управления базами данных) — это программное обеспечение, которое позволяет работать с базой данных. То есть вносить изменения, удалять данными или добавлять их, запрашивать и структурировать информацию в базе и, если нужно, восстановить базу данных с нуля. Примеры популярных СУБД: Oracle, MySQL, Microsoft SQL Server, PostgreSQL.
• Бывают реляционные и нереляционные базы данных, а еще графовые, документоориентированные, колоночные (столбцовые), базы данных key-value, сетевые и иерархические.
• Основные свойства БД — быстродействие, безопасность данных, простота получения и обновления данных, многопользовательский доступ и способность хранить большое количество данных.
• Базы данных используют на сайтах, в приложениях, в ПО, в различных сервисах для работы менеджеров, продавцов, рекрутеров.

*Meta — организация, запрещенная в РФ.