Adatbázis: mi az? Definíció, modellek és adatbázis-rendszerek
Adatbázis: áttekintés, definíció, fő modellek és adatbázis-rendszerek — egyszerű, gyakorlatias magyarázat relációs táblákról, motorokról és használati példákról.
Az adatbázis az adatok (bármilyen információ) strukturált tárolására és hatékony kezelésére szolgáló rendszer. Célja, hogy az adatokhoz gyorsan, megbízhatóan és biztonságosan lehessen hozzáférni, azokat módosítani, keresni, összesíteni vagy visszaállítani.
Az adatbázis-motor (más néven adatbázis-kezelő rendszer, DBMS) azon szoftverréteg, amely végrehajtja az adatbázison végzett műveleteket: rendezést, lekérdezést, beszúrást, frissítést és törlést. Régebben az információkat fizikai formában — például kártyafájlokban, nyomtatott könyvekben vagy irattárakban — tárolták; ma sok esetben ezeket számítógépes fájlokban és adatbázisokban kezeljük.
Egy egyszerű példa az adatbázis-rendszerre egy elektronikus címjegyzék: tárolja a neveket, telefonszámokat, e-maileket, lehetővé teszi azok keresését, rendezését és szerkesztését. Az adatbázis-rendszer tehát egy olyan számítógépes program, amely koordinálja az adatok tárolását, hozzáférését, biztonsági mentését és helyreállítását.
Az adatbázisban tárolt adatok valamilyen logikai szerkezet szerint rendeződnek. A számítógépek korszakát megelőzően például a munkavállalók adatait gyakran iratkartonokon tárolták: minden munkavállalóhoz egy-egy kártya tartozott, amelyen szerepelt a név, a születési dátum stb. Az adatbázisban ennek megfelelően vannak „rekordok” (a kártyának megfelelő adathalmazok). A felhasználó számára ez a kártya ma is hasonlóan jelenik meg a képernyőn, a számítógép belsőleg azonban különböző módon tárolja és indexeli az adatokat. Ezeket az eltérő módszereket nevezzük adatbázis-modelleknek.
A leggyakrabban használt modell a relációs adatbázis-modell, amelyben az adatokat adatbázis-táblák (sorok és oszlopok) formájában kezelik. A relációs megközelítés a matematikai relációk és halmazelmélet elveire épül, és a lekérdezésekre általában SQL nyelvet használnak. A relációs modellek előnye, hogy jól támogatják az adatok konzisztenciáját (normalizálás), erős tranzakciókezelést (ACID jellemzők) és széles körű eszköztámogatást.
- Relációs modellek: táblák, kulcsok, normalizálás, SQL. Például ügyféladatok, pénzügyi rendszerek.
- Hierarchikus és hálózati modellek: fára vagy hálózatra emlékeztető láncolt struktúrák, ritkábban használatosak modern rendszerekben, de speciális esetekben hatékonyak lehetnek.
- NoSQL modellek: rugalmasabb sémát kínálnak, és nagy skálázhatóságra optimalizáltak. Ide tartoznak a kulcs-érték tárolók, dokumentum-orientált adatbázisok, oszloporientált adattárak és gráfadatbázisok. NoSQL megoldásokat gyakran használnak webes alkalmazásoknál, valós idejű analitikánál és nagy mennyiségű, strukturálatlan adat tárolásához.
Az adatbázis-kezelő rendszerek (DBMS) főbb funkciói:
- Adatkezelés (CRUD): létrehozás, olvasás, frissítés, törlés.
- Tranzakciókezelés és konzisztencia: ACID-elvek (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) a megbízható módosítások érdekében.
- Indexelés: a keresési teljesítmény javítása.
- Adatbázis-séma és érvényesítések: szabályok és típusok, amelyek meghatározzák, milyen adatok tárolhatók.
- Adatvédelem és jogosultságkezelés: hitelesítés, szerepkörök, hozzáférés-szabályok.
- Backup és recovery: biztonsági mentések, naplózás, helyreállítás meghibásodás esetén.
- Replikáció és skálázás: több szerver közötti adatszinkronizálás és terheléselosztás.
- Konkurencia-kezelés: több felhasználó egyidejű hozzáférésének kezelése zárolásokkal és izolációs szintekkel.
Gyakori adatbázis-kezelő rendszerek és példák:
- Relációs DB-k: MySQL, PostgreSQL, Oracle Database, Microsoft SQL Server — tipikusan üzleti alkalmazások, tranzakciós rendszerek.
- NoSQL megoldások: MongoDB (dokumentum-orientált), Redis (kulcs-érték), Cassandra (oszloporientált), Neo4j (gráfadatbázis) — web, analitika, valós idejű rendszerek.
Mikor melyiket válasszuk? Néhány jó alapelv:
- Ha strukturált adatok és erős konzisztencia szükséges (pl. pénzügyi tranzakciók), válassz relációs DB-t.
- Ha rugalmas séma, nagy mennyiségű írás/olvasás vagy horizontális skálázás a cél (pl. webes alkalmazások, logok), érdemes NoSQL-t mérlegelni.
- Ha kapcsolatorientált problémáról van szó (pl. közösségi háló, útvonaltervezés), a gráfadatbázis hatékony lehet.
Ajánlott gyakorlatok: tervezd meg az adatsémát és normalizáld, alkalmazz indexeket a gyakori lekérdezésekhez, állíts be rendszeres biztonsági mentést, figyeld a teljesítményt, és gondoskodj a jogosultságok szigorú kezeléséről. Az adatvédelem és az adatminőség folyamatos felügyelete elengedhetetlen a megbízható rendszerekhez.
Összefoglalva: az adatbázis a strukturált adatok tárolásának és kezelésének alapja; a választott adatbázis-modell és -rendszer a használati esettől, teljesítményigénytől és skálázási követelményektől függ.
Az adatbázis-rendszerek felhasználása
- Nem tudom, mit mondjak
Adatok módosítása
Az adatbázisokban egyes adatok időnként megváltoznak. Az adatok megváltozásakor problémák adódhatnak, hiba léphetett fel. A hiba miatt az adatok használhatatlanná válhatnak. Az adatbázis-rendszer megnézi az adatokat, azoknak bizonyos követelményeknek kell megfelelniük. Ezt egy tranzakció segítségével teszi. Az adatbázisban két időpont van, az adatváltoztatás előtti időpont és az adatváltoztatás utáni időpont. Ha az adatok módosítása során valami rosszul megy, az adatbázis-rendszer egyszerűen visszahelyezi az adatbázist a módosítás előtti állapotba. Ezt nevezzük visszaállításnak (rollback). Miután az összes változtatás sikeresen megtörtént, a módosítások rögzítésre kerülnek. Ez azt jelenti, hogy az adatoknak újra van értelme; a commitolt változtatásokat már nem lehet visszacsinálni.
Ennek érdekében az adatbázisok az ACID elvét követik:
- Mindenki. Vagy egy adott halmaz (tranzakciónak nevezett) összes feladata elkészül, vagy egyik sem. Atomicitásként ismert
- Teljes. Az adatbázisban lévő adatoknak mindig van értelme. Nincsenek félig kész (érvénytelen) adatok. Konzisztencia néven ismert
- Független. Ha sokan dolgoznak ugyanazon az adaton, nem látják egymást (vagy nem hatnak egymásra). Mindegyiküknek saját nézete van az adatbázisról, amely független a többiektől. Elszigetelésként ismert
- Kész. A tranzakciókat le kell kötni, ha befejeződtek. Ha egyszer már lekötötték őket, nem lehet visszacsinálni. Tartósságként ismert.
Adatbázis modell
Az adatok ábrázolásának különböző módjai vannak.
- Egyszerű fájlok (úgynevezett lapos fájlok): Ez az adatbázis-rendszer legegyszerűbb formája. Az összes adatot egy fájlban tárolják egyszerű szövegben. Minden információ új sorral vagy vesszővel stb. elválasztható.
- Hierarchikus modell: Az adatok fa struktúrához hasonlóan szerveződnek. Az érdekes adatok a fa levelein találhatók. Az adatbejegyzések közötti kapcsolatok olyanok, hogy egyes bejegyzések közvetlenül függenek más bejegyzéstől.
- Hálózati modell: Rekordok és halmazok használata az adatok tárolására. Hasonló a hierarchikus modellhez, de ennek sokkal összetettebb a szerkezete.
- Relációs modell: Ez halmazelméletet és predikátumlogikát használ. Széles körben használják. Az adatok úgy néznek ki, mintha táblázatokba lennének rendezve. Ezek a táblázatok aztán összekapcsolhatók, így egyszerű lekérdezések választhatók belőlük.
- Objektumorientált modell: Az adatok objektumok formájában vannak ábrázolva, ahogyan azt az objektumorientált programozásban használják. Közvetlenül kölcsönhatásba léphetnek a használt OOP nyelvvel, mivel mindkettőnek ugyanaz az adatreprezentációja belsőleg.
- Objektum relációs modell: Ez az objektumorientált modell és a relációs modell hibridje.
- NoSQL modell: Ez egy újfajta adatbázis-modell, amelyet egyre gyakrabban használnak az iparban a nagy adatmennyiségű és valós idejű webes alkalmazásokban. Az adatokat ebben a modellben kulcs-érték párok formájában tárolják, más modellekhez hasonló szigorú hierarchia nélkül. A NoSQL rendszereket "Nem csak SQL"-nek is nevezik, mivel nem teszik lehetővé a strukturált lekérdezési nyelvhez hasonló lekérdezési nyelvek használatát.
Az adatok rendszerezésének módjai
Ahogy a való életben is, ugyanazokat az adatokat különböző nézőpontokból lehet vizsgálni, és különböző módon lehet rendszerezni. Az adatok rendszerezésénél különböző dolgokat kell figyelembe venni:
- Minden egyes adatot a lehető legkevesebbszer kell tárolni. Képzeljük el, hogy egy nőtlen nő szerepel a megyei nyilvántartásban, az állami gépjármű-nyilvántartásban, a szövetségi társadalombiztosítási hivatalban és a nemzetközi útlevél hivatalban. Ha megházasodik, és úgy dönt, hogy megváltoztatja a nevét, mindezeket a hivatalokat értesíteni kell. Ha az összes hivatal összekapcsolódna, és a nevét csak egy helyen tárolnák, akkor a frissítés egyszerű lenne.
- Ha az adatokat több különböző adatbázisban tárolják, akkor azok ellentmondásba kerülhetnek egymással.
- Ez a probléma lassabbá teszi az adatok megtalálását. Ha sok adat van, ez a probléma, hogy egy adatot sok helyen tárolnak, sok helyet foglal el. Példánkban egy személynek 4 adatbázisa volt. Ez 8 változtatást jelent, ha egy második személynek pontosan ugyanez a problémája van.
- Ha ez a probléma felmerül, akkor az adatbázis normalizálása nevű módszert fejlesztették ki a probléma megoldására. Jelenleg 5 Normál formája létezik. Ezek olyan módszerek, amelyekkel az adatbázis gyorsabbá tehető, és az adatok kevesebb helyet foglalnak.
Kapcsolódó oldalak
Kérdések és válaszok
Q: Mi az az adatbázis?
V: Az adatbázis az adatok (bármilyen információ) tárolására és gondozására szolgáló rendszer. Használható a benne tárolt információk rendezésére, módosítására vagy kiszolgálására.
K: Hogyan tárolták az emberek az adatokat a digitális számítógépek előtt?
V: A digitális számítógépek előtt kártyafájlokat, nyomtatott könyveket és más módszereket használtak az adatok tárolására.
K: Mi az az adatbázisrendszer?
V: Az adatbázis-rendszer az elektronikus adatbázisok kezelésére szolgáló számítógépes program. Az adatok valamilyen módon történő rendszerezésére használható.
K: Hogy néz ki egy "kártya" egy régimódi irattárban?
V: Egy régimódi irattárban általában minden alkalmazottnak volt egy kártyája, amelyen olyan információk szerepeltek, mint a születési dátum vagy a név.
K: Hogyan néz ki ennek a "kártyának" a modern megfelelője?
V: Ennek a "kártyának" a modern megfelelője nem fizikai formában, hanem a képernyőn jelenik meg.
K: Mi az az adatbázis-modell?
V: Az adatbázis-modell arra utal, hogy a "kártyán" lévő információkat a számítógép különböző módon tárolhatja. A leggyakrabban használt modell az úgynevezett relációs adatbázis-modell, amely relációkat és halmazokat használ az adatok tárolására.
K: Hogyan hivatkoznak a normál felhasználók ezekre a modellekre, amikor róluk beszélnek? V: A normál felhasználók általában "adatbázis-táblák"-ként hivatkoznak ezekre a modellekre, és nem használnak olyan szakkifejezéseket, mint a relációk vagy halmazok, amikor róluk beszélnek.
Keres