Основы реляционных баз данных

Базы данных всегда являлись краеугольным камнем любого цифрового бизнеса. Поэтому программная индустрия всегда уделяла так много внимания системам управления базами данных.

Концепция реляционных баз данных возникла в 1969 году, когда доктор информатики Эдгар Фрэнк Кодд, исследователь из IBM, написал свою первую статью о проектировании баз данных. С тех пор концепция реляционных баз данных прямо или косвенно используется в любой задаче, решаемой с помощью компьютеров.

Реляционная база данных – это коллекция таблиц, организованная согласно реляционной модели. Каждая ячейка этих таблиц имеет соответствующее формальное описание.

Использование реляционной модели означает, что любой элемент данных может быть идентифицирован при помощи двух уникальных идентификаторов, одним из которых является имя столбца, а другим – содержимое ячеек специального столбца, называемого первичным ключом (primary key).

Используя внешние ключи (foreign keys), можно установить логическую связь между строками и ячейками разных таблиц.

Организация идеальной реляционной базы данных подразумевает нормализацию данных, то есть исключение повторяющихся или заведомо пустых ячеек при помощи разделения данных на разные таблицы.

Вышеприведённых абзацев вполне хватит, чтобы получить представление о теоретических основах организации реляционных баз данных. Но для настоящего понимания предмета сухой теории недостаточно. Поэтому далее в нашей статье мы попробуем спроектировать базу данных для небольшого приложения.

Данные

Наша база данных будет состоять из двух таблиц: “Student” (студенты) и “Class” (предметы), и содержать в себе информацию, соответственно, о студентах и изучаемых ими предметах.

Каждый студент будет обозначен уникальным буквенно-цифровым идентификатором. Остальные данные, относящиеся к студенту – имя и фамилия, операционная система, предмет и преподаватель – могут повторяться. Один преподаватель может учить нескольким предметам.

С учётом этой информации нормализуем данные следующим образом:

1. Таблица студентов будет иметь следующие поля:

• идентификатор студента (Student ID);
• имя студента (Student Name);
• операционная система (Operating System);

2. Таблица предметов будет иметь следующие поля:

• идентификатор предмета (Class ID);
• название предмета (Class Name);
• преподаватель (Instructor).

Теперь заполним обе таблицы данными:

Отношения между объектами

Теперь, используя имеющиеся данные, определим отношения и объекты этих отношений.

Объектами, очевидно, будут являться студенты и предметы. Отношения между ними заключаются в том, что каждый студент изучает один или несколько предметов.

Атрибуты отношений: первичные и внешние ключи

Теперь, когда отношения между объектами ясны, определим атрибуты, которые мы будем использовать для сопоставления объектов друг другу.

Такими атрибутами должны выступать ячейки с уникальным содержимым. В наших таблицах как раз имеется по одному столбцу с уникальными данными.

В таблице студентов у нас есть идентификатор студента, а в таблице предметов – идентификатор предмета. Эти ячейки и называются первичными ключами.

Первичный ключ идентифицирует каждую строку в таблице.

Для установления отношения мы должны сопоставить каждому первичному ключу внешний ключ.

Внешний ключ должен представлять собой первичный ключ другой таблицы. В нашем случае внешний ключ может использоваться для составления особой таблицы – таблицы перекрёстных ссылок. Давайте назовём эту таблицу таблицей зачислений (enrollment).

Каждая строка этой таблицы зачислений будет связывать два внешних ключа между собой:

• идентификатор студента (Student ID) – внешний ключ, ссылающийся на идентификатор студента в таблице студентов;
• идентификатор предмета (Class ID) – внешний ключ, ссылающийся на идентификатор предмета в таблице предметов.

Использование таблицы перекрёстных ссылок

Теперь, когда мы определились с ключами и отношениями, мы можем заполнить таблицу перекрёстных ссылок данными об объектах и их зависимостях.

Каждая строка получившейся таблицы однозначно определяется собственным первичным ключом – идентификатором зачисления (Enrollment ID).

Кроме первичного ключа, таблица содержит ещё два поля:

• внешний ключ Student ID ссылается на первичный ключ Student ID в таблице студентов;
• внешний ключ Class ID ссылается на первичный ключ Class ID в таблице предметов.

Заключение

В нашей сегодняшней статье мы изучили принципы организации реляционных баз данных. Слово «реляционные» можно определить как «характеризуемые отношениями», от латинского слова “relatio” – «отношение».

Отношения, о которых мы говорили, определяются связями между таблицами базы данных и проявляются как ограничения, накладываемые на допустимый диапазон значений связанных ячеек. Эти ограничения позволяют нормализовать данные, то есть избавиться от ненужных повторений, и связать отдельные таблицы в одно целое.

Как же применить изученные нами примеры на практике?

Разумеется, для этого можно использовать специальные программы, которые известны, как «Системы управления реляционными базами данных» (Relational database management systems, RDBMS). Но это – материал для другой статьи.

Я постараюсь вскоре представить вам эту новую статью. Но надеюсь, что и сегодняшний материал был вам полезен, и прошу вас поделиться своими мыслями и замечаниями в комментариях.