Развитие баз данных

Простые и структурированные файлы

Модель данных простого файла

Структура

• Заголовок (названия столбцов)
• Данные (просто текст)

Пример

ФИО,Предмет,Оценка
Иванов И.И.,Java,4
Иванов И.И.,Базы данных,5
Петров П.П.,Java,5
Петров П.П.,Базы данных,4

Модель данных структурированного файла

Структура

• Заголовок (названия столбцов, типы и длины)
• Данные (записи одинаковой структуры)

Пример

ФИО           Предмет     Оценка
String, 14    String, 12  Number, 1
Иванов И.И.   Java          4
Иванов И.И.   Базы данных   5
Петров П.П.   Java          5
Петров П.П.   Базы данных   4

Достоинства

• Простота чтения

Недостатки

• Сложность поиска
• Сложность обработки (в каждом месте для этого нужен будет свой код)
• Сложность хранения данных разны типов (например, для дат не понятно, в каком порядке идут данные)
• Нет проверки целостности (но можно проверять количество столбцов или добавить модуль чтения и записи типизированных файлов)

Реализации

• Данные на перфокартах
• dBase
• Excel / LibreOffice Calc

Файловые системы

Файловая модель данных

Представление данных

• Файл – одна запись
• Каталоги – подчиненные записи

Пример

• Иванов И.И./Данные – ФИО, адрес, etc
• Иванов И.И./Оценки/Java – 4
• Иванов И.И./Оценки/Базы данных – 5
• Петров П. П./Данные – ФИО, адрес, etc
• Иванов П. П./Оценки/Java – 5
• Петров П. П./Оценки/Базы данных – 4

Достоинства

• Структурирование данных
• Простота реализации

Недостатки

• Сложно извлекать требуемые данные (в примере сложно посчитать среднюю оценку по предмету)
• Нет проверки целостности (но можно, например, добавить проверку уникальности)
• Большое количество файлов (не все файловые системы такое потянут)

Реализации

• FATx, ExtX, NTFS, APFS
• DOM

Иерархические базы данных

Иерархическая модель данных

Иерархия это полезно, но складывать это в файловую систему не очень эффективно. Предложена и реализована IBM в 1966.

Представление данных

• Дерево записей
• Отношения родитель – ребенок (как каталоги и подкаталоги)

Пример

Достоинства

• Проверка целостности записей и отношений (также можем разрешать добавлять дубликаты, где необходимо)
• Последовательное расположение записей
• Эффективность реализации (за счет группировки данных одного типа)

Недостатки

• Представление только древовидных данных
• Существенно меняющееся время запроса в отношении многие-ко-многим в зависимости от того, кто выше в иерархии. Можно хранить две версии, однако возникает проблема с их согласованием, то есть в этот момент мы начинаем допускать некорректные данные.

Реализации

• IBM Information Management System
• Windows registry

Сетевые базы данных

Сетевая модель данных

Нет единой строгой иерархии, могут существовать дополнительные. Предложена CODASYL в 1969.

Представление данных

• Ориентированный граф записей
• Отношения владелец – запись

Пример

Достоинства

• Представление всех типов связей
• Возможность описания структуры
• Эффективность реализации (сильно меняется от основной иерархии к дополнительной)

Недостатки

• Сложность реализации
• Жесткое ограничение структуры

Реализации

• Integrated Data Store
• Integrated Database Management System
• TurboIMAGE

Реляционные базы данных

Реляционная модель данных

Предложена Э. Ф. Коддом в 1969.

Структура

• Данные хранятся в таблицах
• Проверка целостности заданных связей
• Связи задаются в запросах

Пример

Достоинства

• Представление всех типов связей
• Гибкая структура данных
• Математическая модель (благодаря этому можем находить более эффективные эквивалентные запросы)

Недостатки

• Сложность реализации
• Сложность представления иерархических данных
• Сложность составления эффективных запросов (сильно зависит от оптимизатора)

Реализации

• Oracle Database
• SQLite

Объектные базы данных

Объектная модель данных

Уметь хранить графы объектов в памяти очень полезно. Предложена в 1985. Сейчас такие базы данных в основном реализуются через слой трансляции в реляционную базу.

Структура

• Сущность – объект
• Связь – поле
• Ограничения целостности – определение объекта

Пример

Достоинства

• Простота представления объектов
• Гибкая структура данных
• Логичное направление ссылок (соответственно направлению в объектах)

Недостатки

• Сложность реализации
• Сложность миграции схемы
• Малая распространенность

Реализации

• Oracle Database Objects
• ObjectDB

NoSQL

Документ-ориентированные

Представление данных

• Слабоструктурированные документы
  • XML
  • JSON
• Выборка по свойствам

Пример

Ключ-значение

Представление данных

• Ключ
• Произвольное значение

Пример

Другие

Табличные

• Одна большая таблица
• Хранится построчно

Столбчатые

• Одна большая таблица
• Хранится по столбцам

Графовые

• Граф объектов
• Данные в узлах
• Данные на ребрах

Достоинства

• Большой выбор
• Гибкость (возникают проблемы, если появляется незапланированный сценарий использования)
• Скорость работы

Недостатки

• Множество вещей делается в коде
• Нет оптимизатора
• Легко ошибиться (так как большинство вещей делается в коде)