Как стать автором
Обновить
256.12
Рейтинг
OTUS
Цифровые навыки от ведущих экспертов

Путеводитель по базам данных в 2021 г

Блог компании OTUS Администрирование баз данных *Big Data *
Перевод
Автор оригинала: Krishna G. Lodha

Данные — это один из наиболее важных компонентов геопространственных технологий и, пожалуй, любой другой отрасли. К управлению данными сейчас относятся серьезно во всех отраслях, поэтому знания по этой дисциплине имеют важное значение для карьеры ИТ-специалистов. Этот цикл статей задуман как универсальное руководство, в котором мы рассмотрим тему от и до, начиная с вопроса «Что такое данные?» и заканчивая изучением и применением геопространственных запросов.

Основные понятия баз данных

Что такое данные?

Данные могут представлять собой любую информацию, которая сохраняется с целью обращения к ней в будущем. Эта информация может включать числа, текст, аудио- и видеоматериалы, местонахождение, даты и т. д. Она может быть записана на бумаге либо сохранена на жестком диске компьютера или даже в облаке.

Что такое база данных?

Множество записей данных, собранных вместе, образуют базу данных. Базы данных обычно создаются для того, чтобы пользователи могли обращаться к большому количеству данных и массово выполнять с ними определенные операции.База данных может хранить что угодно: представьте себе, например, блокнот вашей бабушки со всеми ее вкусными рецептами, учетную книгу ваших родителей, куда они записывают все доходы и расходы, или свою страницу в Facebook со списком всех ваших друзей. Из этих примеров видно, что все данные в базе данных относятся более-менее к одному типу.

Зачем нужна база данных?

Создание базы данных упрощает разным пользователям доступ к наборам информации. Приведенные выше примеры показывают, что в базе данных мы можем хранить записи с информацией похожего типа, но это правда лишь отчасти, поскольку с появлением баз данных NoSQL это определение меняется (подробнее читайте далее в статье).Так как размер веб-сайтов становится все больше и степень их интерактивности все выше, данные о пользователях, клиентах, заказах и т. д. становятся важными активами компаний, которые испытывают потребность в надежной и масштабируемой базе данных и инженерах, способных в ней разобраться.

Система управления базами данных (СУБД)

Итак, мы уже знаем, что данные и базы данных важны, но как осуществляется работа с базами данных в компьютерных системах? Вот тут на сцену и выходит СУБД. СУБД — это программное обеспечение, предоставляющее нам способ взаимодействия с базами данных на компьютере для выполнения различных операций, таких как создание, редактирование, вставка данных и т. д. Для этого СУБД предоставляет нам соответствующие API. Редко какие программы не используют СУБД для работы с данными, хранящимися на диске.Помимо операций с данными СУБД также берет на себя резервное копирование, проверку допуска, проверку состояния базы данных и т. д. Поэтому рекомендуется всегда использовать СУБД при работе с базами данных.

Пространственные данные и база данных

Особое внимание мы уделим обработке пространственных данных, поэтому я хотел бы обсудить здесь этот тип данных. Пространственные данные несколько отличаются от остальных. Координаты необходимо сохранять в особом формате, который обычно указан в документации на веб-сайте о базе данных. Этот формат позволяет базе считывать и правильно воспринимать координаты. Если обычно для поиска данных мы используем запросы типа Получить все результаты, где возраст > 15, то пространственный запрос выглядит как-то так: Получить все результаты в радиусе 10 км от определенной точки. Поэтому пространственные данные необходимо хранить в надлежащем формате.

Типы баз данных

Базы данных обычно делятся на два типа: реляционные и нереляционные. Оба типа имеют свои плюсы и минусы. Было бы глупо утверждать, что один лучше другого, поскольку это будет зависеть от варианта использования. Конкретно для пространственных данных я в 99 % случаев использую реляционные базы данных, и вы скоро поймете почему.

Реляционные базы данных и РСУБД

Допустим, ваш начальник просит вас создать электронную таблицу с важной информацией, включающей имена, местонахождения, адреса электронной почты, номера телефонов и должности всех сотрудников. Вы сразу же откроете таблицу Excel или Google Spreadsheets, напишете все эти названия столбцов и начнете собирать информацию.

 

Образец таблицы с информацией
Образец таблицы с информацией

Закономерность здесь заключается в том, что каждая запись содержит ограниченный и фиксированный набор полей, которые нам нужно заполнить. Таким образом мы создали таблицу со всей информацией, где у каждой записи имеется уникальный первичный ключ, который определяет ее однозначным образом и делает ее доступной для всех операций. В реляционных базах данных любая таблица содержит фиксированное количество столбцов, и можно устанавливать связи между разными столбцами.

Связь между двумя столбцами
Связь между двумя столбцами

Взаимосвязи в реляционных базах данных мы подробно рассмотрим позже.

По сравнению с базами данных NoSQL, недостатком реляционных баз данных является относительно медленное получение результатов, когда количество данных стремительно увеличивается (по мнению автора статьи — прим. пер.). Еще один недостаток заключается в том, что при добавлении каждой записи нужно следовать определенным правилам (типы столбцов, количество столбцов и т. д.), — мы не можем просто добавить отдельный столбец только для одной записи.В реляционных базах данных используется SQL (Structured Query Language — язык структурированных запросов), с помощью которого пользователи могут взаимодействовать с данными, хранящимися в таблицах. SQL стал одним из наиболее широко используемых языков для этой цели. Мы подробнее поговорим об SQL чуть позже.Вот примеры некоторых известных и часто используемых реляционных баз данных: PostgreSQL, MySQL, MS SQL и т. д. У каждой крупной компании, занимающейся реляционными базами данных, есть собственная версия SQL. В большинстве аспектов они выглядят одинаково, но иногда требуется немного изменить какой-нибудь запрос, чтобы получить те же результаты в другой базе данных (например, при переходе из PostgreSQL в MySQL).

Нереляционные базы данных (NoSQL)

Все базы данных, не являющиеся реляционными, относятся к категории нереляционных баз данных. Обычно данные хранятся в нетабличном формате, например:

  1. Пара «ключ-значение»

  2. Формат JSON, XML

  3. Графовый формат

Основное преимущество баз данных NoSQL состоит в том, что все строки независимы и могут иметь разные столбцы. Как показано на изображении ниже, оба пользователя относятся к одной и той же таблице Core_user, но их записи содержат разную информацию.

 

База данных NoSQL реального времени в Google Firebase
База данных NoSQL реального времени в Google Firebase

База данных NoSQL реального времени в Google Firebase

При использовании баз данных NoSQL пользователям иногда приходится прописывать собственную логику, чтобы добавить уникальный ключ к каждой записи и тем самым обеспечить доступ к записям. В большинстве стандартных баз данных NoSQL, таких как Firebase и MongoDB, для хранения данных используется формат JSON. Благодаря этому очень легко и удобно выполнять операции с данными из веб-приложений, используя JavaScript, Python, Ruby и т. д.

Рекомендации по выбору типа базы для хранения пространственных данных

Очевидно, что нам хотелось бы сохранить точку, линию, многоугольник, растры и т. д. так, чтобы это имело смысл, вместо того чтобы сохранять просто координаты. Нам нужна СУБД, которая позволяет не только сохранять данные, но и запрашивать их пространственными методами (буфер, пересечение, вычисление расстояния и т. д.). На сегодняшний день для этого лучше всего подходят реляционные базы данных, поскольку в SQL есть функции, помогающие выполнять подобные операции. Использование таких дополнительных средств, как PostGIS для PostgreSQL, открывает разработчикам возможности для написания сложных пространственных запросов. С другой стороны, NoSQL тоже работает в области геопространственных технологий: например, MongoDB предоставляет кое-какие функции для выполнения геопространственных операций. Однако реляционные базы данных все же лидируют на рынке с большим отрывом.

Работа с РСУБД

Основное внимание мы уделим РСУБД, так как именно эти системы в большинстве случаев мы будем использовать для хранения пространственных данных и работы с ними. В качестве примера мы будем использовать PostgreSQL, поскольку это самая перспективная реляционная база данных с открытым исходным кодом, а ее расширение PostGIS позволяет работать и с пространственными данными. Вы можете установить PostgreSQL, следуя инструкциям из документации. Помимо PostgreSQL рекомендуется также загрузить и установить pgAdmin. Платформа pgAdmin предоставляет веб-интерфейс для взаимодействия с базой данных. Также для этого можно загрузить и установить какое-либо другое совместимое ПО или использовать командную строку.

pgAdmin 4 на Mac
pgAdmin 4 на Mac

Пользователи могут изменять множество настроек для баз данных, включая порт, имя пользователя, пароль, доступность извне, выделение памяти и т. д., но это уже другая тема. В этой статье мы сосредоточимся на работе с данными, находящимися в базе.

Создание базы данных. Нам нужно создать базу данных (в идеале должно быть по одной базе данных для каждого проекта).

Создание новой базы данных для проекта
Создание новой базы данных для проекта

В инструменте запросов (Query Tool) база данных создается следующим образом:

CREATE DATABASE <database_name>

Создание таблиц. Создание таблицы требует некоторых дополнительных соображений, поскольку именно здесь нам нужно определить все столбцы и типы данных в них. Все типы данных, которые можно использовать в PostgreSQL, вы найдете здесь.

pgAdmin позволяет нам выбрать в таблице различные ключи и ограничения, например Not Null (запрет на отсутствующие значения), Primary Key (первичный ключ) и т. д. Обсудим это подробнее чуть позже.

Создание таблицы пользователей
Создание таблицы пользователей

Заметьте, что мы не добавляли столбец первичного идентификатора в список столбцов, поскольку PostgreSQL делает это автоматически. Мы можем создать сколько угодно таблиц в одной базе данных. После того как таблицы созданы, мы можем установить связи между разными таблицами, используя определенные столбцы (обычно столбцы с идентификаторами).В инструменте запросов таблица создается следующим образом:

CREATE TABLE <table_name> (
<column_1> <datatype>,
<column_2> <datatype>,
..
.
..
<column_n> <datatype>
PRIMARY KEY (<column>)
);

CRUD-операции с данными в таблицах

CRUD-операции (создание, чтение, обновление и удаление — Create, Retrieve, Update, Delete) — это своего рода hello world в мире СУБД. Поскольку эти операции используются наиболее часто, команды для их выполнения одинаковы во всех РСУБД. Мы будем писать и выполнять запросы в инструменте запросов в pgAdmin, который вызывается следующим образом:

Инструмент запросов (Query Tool) в pgAdmin
Инструмент запросов (Query Tool) в pgAdmin

1. Создание новой записи

Для добавления новой записи в таблицу используйте следующую команду:

INSERT INTO <tablename> (column1, column2, column3,...) VALUES (value1, value2, value3,...);

INSERT, INTO, VALUE являются ключевыми словами в SQL, поэтому их нельзя использовать в качестве переменных, значений и т. д. Чтобы добавить новую запись в нашу таблицу пользователей, мы напишем в инструменте запросов следующий запрос:

INSERT INTO users(name, employed, address) VALUES ('Sheldon Cooper', true, 'Pasadena');

Обратите внимание: строки всегда следует заключать в ' ' (одинарные кавычки), а не в " " (двойные кавычки).

2. Получение записей (всех или нескольких)

Данные, хранящиеся в базе данных, можно извлечь и отобразить на экране. При этом мы можем получить все данные или ограниченное количество записей. Код для получения данных:

select <column1, column2 ,...> from <tablename> 

Этот код извлекает весь набор данных. Если вы хотите получить только 20 записей, напишите:

select <column1, column2 ,...> from <tablename> limit 20

Если вы хотите получить данные из всех столбцов, то вместо перечисления названий всех столбцов можно написать:

select * from <tablename>

Если вы хотите получить результат с определенным условием, используйте ключевое слово WHERE, как показано ниже:

select * from <tablename> where <key> = <value>

Вы можете создавать даже сложные запросы, о которых мы поговорим позже.В нашем примере мы можем получить нужные нам данные:

--Retrieving Specific columns for all users
select name,employed from users
--Retrieving all columns for all users
select * from users
--Retrieving all columns for first 3 users
select * from users limit 3
--Retrieving all columns for all users where employed = true
select * from users where employed = true

3. Обновление записей (всех или нескольких)РСУБД позволяет нам обновить все или только некоторые записи данных, указав новые значения для столбцов.

UPDATE <tablename> 
SET <column1> = <value1>, <column2> = <value2> 

Если вы хотите обновить определенные строки, добавьте условия с использованием ключевого слова WHERE:

UPDATE <tablename> 
SET <column1> = <value1>, <column2> = <value2>
WHERE <column> = <value> 

В нашем случае мы обновим таблицы с помощью следующих запросов:

-- Make all rows as  employed = true
update users set employed = true
-- change employed = false for entries with address = 'nebraska'
update users set employed = false where address = 'nebraska'
Обновление записей
Обновление записей

4. Удаление записей (всех или нескольких)Удалять записи в SQL легко. Пользователь может удалить либо все строки, либо только определенные строки, добавив условие WHERE.

-- Deleting all entries 
Delete from <tablename> 
-- Deleting entries based on conditions
Delete from <tablename> where <column> = <value> 
-- Deleting all entries 
Delete from users
-- Deleting entries based on conditions
Delete from users where employed = false
Удаление записей из таблицы
Удаление записей из таблицы

CRUD-операции используются очень часто, поскольку выполняют основные функции в базе данных.


Перевод подготовлен в рамках курса «Базы данных». Все желающих приглашаем на бесплатный двухдневный онлайн-интенсив «Бэкапы и репликация PostgreSQL. Практика применения». Цели занятия: настроить бэкапы; восстановить информацию после сбоя. Регистрация здесь.

Теги:
Хабы:
Всего голосов 21: ↑7 и ↓14 -7
Просмотры 11K
Комментарии Комментарии 3

Информация

Дата основания
Местоположение
Россия
Сайт
otus.ru
Численность
51–100 человек
Дата регистрации
Представитель
OTUS