Виды баз данных: особенности и применение

Что такое база данных

Таблица в Excel помогает рассчитать, например, бюджет на отпуск — в каждой ячейке есть определенная информация. Не нужны особые навыки и инструменты, чтобы воспринимать такую таблицу и изучать данные. Но если речь идет не о личном бюджете, а о банке с его огромной системой — тут таблицы в Excel недостаточно. Здесь и нужны базы данных.

База данных (БД) — это организованное хранилище информации, в котором легко находить, добавлять и изменять данные. Фактически это цифровая картотека, где все записи аккуратно разложены и находятся на своих местах.

Например, банк благодаря БД упорядочивает информацию о всех своих клиентах. Все транзакции, операции со счетами, персональные предложения и многое другое — всё это хранится в БД.

Свойства баз данных

Пользоваться БД удобно благодаря их свойствам.

🟢 Скорость
Не нужно ждать ответа на запрос — современные БД проектируют по правилу «чем быстрее, тем лучше». Базы данных оптимизированы для мгновенного поиска, а еще — чтобы быстро обновлять данные и управлять ими. Так получается обрабатывать большие объемы информации и выполнять сложные запросы за короткое время.

🟢 Консистентность
После каждой операции в БД система остается в упорядоченном состоянии.

🟢 Изоляция транзакций
Когда несколько операций происходят одновременно, каждая из них выполняется, будто она единственная. Так не появляются ошибки из-за одновременного доступа к одним и тем же данным.

🟢 Долговечность данных
Данные в БД доступны и не теряются даже после завершения транзакций или в случае сбоя системы. Так работают механизмы резервного копирования и восстановления.

🟢 Безопасность
Базы данных защищают информацию от несанкционированного доступа с помощью инструментов аутентификации, авторизации и шифрования. Это гарантирует, что только определенные пользователи могут просматривать или изменять данные.

🟢 Масштабируемость
Базы данных можно расширять по мере роста объема данных и числа пользователей. Система легко справляется с нагрузкой и не снижает производительность.

В Skypro вы можете с нуля освоить профессию «Аналитик данных» за 12 месяцев. Научитесь работать с основными инструментами: SQL, Python, Excel, Google Sheets. А после учебы получите диплом о профпереподготовке и сможете найти работу в компании по душе.

Для чего нужны базы данных

БД выполняют разные задачи, без них большим потоком информации пользоваться сложнее.
Вот для чего нужны БД:

🔵 Аккуратно и безопасно хранить информацию и управлять ей
Например, большие объемы данных: записи о клиентах, товарах на складе или транзакциях в банке. БД помогают эффективно управлять данными: обновлять, удалять и добавлять записи.

🔵 Извлекать данные
С БД можно быстро находить и получать нужную информацию, экономить время и силы.

🔵 Эффективно анализировать данные
Когда нужно принять обоснованные решения, выявить тенденции и спрогнозировать события, БД станут оптимальным инструментом.

🔵 Использовать совместно
В БД несколько пользователей могут одновременно работать с одними и теми же данными — так информация будет актуальной и согласованной.

Чем база данных отличается от электронной таблицы

У БД и электронной таблицы (например, Google Sheets или Microsoft Excel) разные цели и возможности. Фактически база данных — это цифровое пространство, которое объединяет записи. А таблица — один из видов записей. То есть БД — это место, где хранят разные таблицы.

Вот другие отличия между ними:

Виды баз данных

Основные виды БД и чем они отличаются друг от друга.

Реляционные базы данных

Это наиболее распространенный вид БД, где данные организованы в таблицы. Каждая таблица состоит из строк и столбцов.

Данные в разных таблицах можно связать между собой с помощью ключей — первичных и внешних. Первичный ключ — это уникальный идентификатор каждой строки в таблице. Он гарантирует уникальность записей, легко их находит и связывает с данными в других таблицах. Внешний ключ — это поле в одной таблице, которое ссылается на первичный ключ в другой таблице.

Какие бывают связи между таблицами:
🔵 Один к одному — каждая запись в одной таблице связана с записью в другой.
🔵 Один ко многим — каждая запись в одной таблице связана с несколькими записями в другой. Например, у одного клиента может быть несколько заказов.
🔵 Многие ко многим — записи в одной таблице связаны с несколькими записями в другой, и наоборот. Чтобы создать такие связи, обычно нужна промежуточная таблица.

К реляционным БД относятся PostgreSQL, Oracle, MySQL.

В Skypro на курсе «Аналитик данных» вы научитесь составлять экономические прогнозы для бизнеса, отслеживать тренды роста или падения, формулировать гипотезы на основе данных. Средняя зарплата аналитика данных сразу после учебы в Skypro — 60 000 ₽ — 90 000 ₽. Через один-три года — 120 000 ₽ —140 000 ₽, а уже через пять лет — более 180 000 ₽.

Нереляционные базы данных

По-другому их еще называют NoSQL базы данных, потому что запросы отличаются от стандартного языка SQL. Нереляционные базы данных помогают хранить и обрабатывать большие объемы данных, которые не получится использовать для строгой системы таблиц.

Такие БД бывают разных типов.

Графовые базы данных

Они хранят информацию в виде графов. Это такие структуры из узлов и ребер, которые соединяют эти узлы. То есть узлы — это объекты или сущности, например, люди, продукты, локации. У каждого узла свои свойства (атрибуты): например, имя, возраст, цена.

Ребра соединяют узлы и показывают, как они взаимосвязаны друг с другом. У ребер могут быть свои свойства и направленность, например, «знает», «купил», «находится рядом». Так, у узла «пользователь» может быть свойство «возраст», а у ребра «купил» — свойство «дата покупки».

Одна из популярных графовых баз данных — Neo4j. Такие БД идеально подходят для социальных сетей, где важно анализировать отношения между пользователями: кто с кем дружит, кто какие посты лайкнул и так далее.

Еще графовые БД часто используют для рекомендаций фильмов и музыки на стримингах. В таких БД аналитики изучают предпочтения пользователей и связи между ними. Например, пользователь Иван купил фильм «Блондинка в законе», а другая пользовательница Нина купила фильмы «Блондинка в законе» и «Стильная штучка». Значит, можно рекомендовать «Стильную штучку» и Ивану.

Базы данных «ключ-значение»

Простой и эффективный способ хранения данных. Структура напоминает обычный словарь или хеш-таблицу, где у каждого ключа есть соответствующее ему значение.

Ключ — это уникальный идентификатор, его используют для быстрого доступа к данным. Он может быть строкой, числом или другим типом данных, который однозначно раскрывает значение.

Значение тоже бывает в виде строк, чисел, а еще JSON-документов, бинарных объектов.

Такую БД используют для хранения часто запрашиваемых данных, чтобы ускорить доступ к ним — для кэширования результатов сложных запросов к реляционным БД.

Еще БД «ключ-значение» хранит данные о сеансах пользователей: идентификаторы сеансов, данные о входе и предпочтения. Другой пример — интернет-магазины. Они хранят информацию о корзинах покупок, где каждый ключ — корзина конкретного пользователя, а значение — это список товаров в этой корзине.

Популярные БД «ключ-значение» — это Redis, Amazon DynamoDB и Riak.

Документоориентированные БД

Они хранят данные в виде документов в разных форматах, например: JSON (JavaScript Object Notation), BSON (Binary JSON), XML. Каждый документ — самостоятельный объект, в нём есть все данные для описания одной сущности. Он может хранить сложные и вложенные структуры данных — массивы и объекты.

Документы хранятся в коллекциях, которые аналогичны таблицам в реляционных БД. У документов в одной коллекции бывает разная структура — это придает гибкость хранению данных.

Для интернет-магазина лучше использовать именно документоориетированную БД, а не реляционную. В реляционной придется создавать несколько таблиц и связывать их между собой. А в документоориентированной БД можно хранить все данные об одном продукте или заказе в одном документе.

Документоориентированные БД идеально подходят для современных веб-приложений, где данные часто представлены в формате JSON. Это упрощает интеграцию с frontend-приложениями и ускоряет разработку. Еще такие БД используют для хранения неструктурированного контента: статьи, блоги и комментарии, где структура данных может часто меняться.

Популярные документоориентированные БД — MongoDB и CouchDB.

Популярные системы управления базами данных — СУБД

Шесть популярных СУБД, которые часто используют в разных сферах.

Oracle

Oracle — это мощная реляционная СУБД от компании Oracle Corporation.

Она оптимизирована для работы с большими объемами данных и сложными запросами. Oracle предлагает продвинутые механизмы безопасности: шифрование данных и контроль доступа. Oracle поддерживает масштабирование вертикально — может увеличивать ресурсы на одном сервере, а еще горизонтально — добавлять новые серверы. Работает на разных операционных системах: Windows, Linux и Unix.

Oracle часто используют в крупных корпорациях и организациях, например, в банках или государственных учреждениях, чтобы управлять критически важными данными.

В Skypro после учебы вам будет помогать центр карьеры. Благодаря карьерным экспертам составите резюме и портфолио, научитесь проходить собеседования и сможете найти подходящую работу.

MySQL

MySQL — еще одна реляционная СУБД с открытым исходным кодом от Oracle Corporation.

Из плюсов: простая установка и конфигурация, высокая скорость выполнения операций чтения и записи. MySQL поддерживает разные операционные системы и языки программирования.

Эта СУБД доступна в бесплатной версии, поэтому привлекательна для разработчиков и небольших компаний. MySQL подходит для сайтов, веб-приложений и систем управления контентом (CMS).

Microsoft SQL Server

Microsoft SQL Server — это реляционная СУБД от компании Microsoft.

Тесно интегрируется с другими продуктами Microsoft: Azure, Visual Studio и Windows Server. Поддерживает инструменты анализа данных и отчетности. Эту СУБД часто используют в корпоративных системах, для управления данными в больших организациях, в финансовом секторе и для бизнес-аналитики.

PostgreSQL

PostgreSQL — это мощная и многофункциональная реляционная СУБД с открытым исходным кодом.

Поддерживает пользовательские типы данных, функции и операторы. А еще — многие стандарты SQL, что дает совместимость с разными приложениями. Есть возможность горизонтального масштабирования.

Этот универсальный инструмент подходит для разнообразных приложений: веб-приложений, аналитических платформ и систем управления данными в разных отраслях.

Apache Cassandra

Apache Cassandra — это распределенная нереляционная СУБД. Она помогает управлять большими объемами данных с высокой доступностью и отказоустойчивостью.

Из плюсов: можно горизонтально масштабировать данные без простоев. СУБД хранит данные по принципу семейства столбцов и «ключ-значение». Подходит для приложений с высокими требованиями к масштабируемости: интернет-сервисы, системы мониторинга и аналитические платформы.

Redis

Redis — это база данных типа «ключ-значение» с открытым исходным кодом, которая работает в оперативной памяти.

Из плюсов: высокая производительность — быстрые операции чтения и записи благодаря хранению данных в памяти. Еще эта СУБД поддерживает разные структуры данных: строки, хэши, списки, множества и упорядоченные множества. Можно сохранять данные на диск для долговременного хранения.

Redis часто используют для кэширования, управления сессиями пользователей, очередей сообщений и реального времени приложений.

Главное о базах данных

🟢 Базы данных — это организованные хранилища информации, где можно быстро добавлять и менять данные. БД обладают разными свойствами: быстрота, консистентность, изоляция транзакций, долговечность данных, безопасность и масштабируемость. В БД можно аккуратно и безопасно хранить большие объемы информации, быстро извлекать и анализировать данные, использовать их совместно.

🟢 БД бывают чаще всего реляционными и нереляционными. К нереляционным относятся графовые БД, «ключ-значение» и документоориетированные БД. Самые популярные СУБД: Oracle, MySQL, Microsoft SQL Server, Apache Cassandra, Redis.