Cơ sở dữ liệu quan hệ là gì? Ưu điểm và các ràng buộc?

Mô hình quan hệ có nghĩa là cấu trúc dữ liệu logic – bảng dữ liệu, khung nhìn và chỉ mục – tách biệt với cấu trúc lưu trữ vật lý. Sự tách biệt này có nghĩa là người quản trị cơ sở dữ liệu có thể quản lý lưu trữ dữ liệu vật lý mà không ảnh hưởng đến quyền truy cập vào dữ liệu đó như một cấu trúc logic. Ví dụ, đổi tên tệp cơ sở dữ liệu không đổi tên các bảng được lưu trữ bên trong nó.

1. Cơ sở dữ liệu quan hệ là gì?

Cơ sở dữ liệu quan hệ là một loại cơ sở dữ liệu lưu trữ và cung cấp quyền truy cập vào các điểm dữ liệu có liên quan đến nhau. Cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên mô hình quan hệ, một cách trực quan, đơn giản để biểu diễn dữ liệu trong bảng. Trong cơ sở dữ liệu quan hệ, mỗi hàng trong bảng là một bản ghi với một ID duy nhất được gọi là khóa. Các cột của bảng chứa các thuộc tính của dữ liệu và mỗi bản ghi thường có một giá trị cho mỗi thuộc tính, giúp dễ dàng thiết lập mối quan hệ giữa các điểm dữ liệu.

– Một ví dụ về cơ sở dữ liệu quan hệ:

Dưới đây là một ví dụ đơn giản về hai bảng mà một doanh nghiệp nhỏ có thể sử dụng để xử lý các đơn đặt hàng cho các sản phẩm của mình. Bảng đầu tiên là bảng thông tin khách hàng, vì vậy mỗi bản ghi bao gồm tên, địa chỉ, thông tin giao hàng và thanh toán, số điện thoại và các thông tin liên hệ khác của khách hàng. Mỗi bit thông tin (mỗi thuộc tính) nằm trong cột riêng của nó và cơ sở dữ liệu chỉ định một ID duy nhất (một khóa) cho mỗi hàng. Trong bảng thứ hai – bảng đơn đặt hàng của khách hàng – mỗi bản ghi bao gồm ID của khách hàng đã đặt hàng, sản phẩm đã đặt hàng, số lượng, kích thước và màu sắc đã chọn, v.v. – nhưng không có tên hoặc thông tin liên hệ của khách hàng.

Hai bảng này chỉ có một điểm chung là cột ID (khóa). Nhưng vì cột chung đó, cơ sở dữ liệu quan hệ có thể tạo mối quan hệ giữa hai bảng. Sau đó, khi ứng dụng xử lý đơn hàng của công ty gửi đơn đặt hàng đến cơ sở dữ liệu, cơ sở dữ liệu có thể chuyển đến bảng đơn đặt hàng của khách hàng, lấy thông tin chính xác về đơn đặt hàng sản phẩm và sử dụng ID khách hàng từ bảng đó để tra cứu hóa đơn và giao hàng của khách hàng. thông tin trong bảng thông tin khách hàng. Sau đó, nhà kho có thể kéo đúng sản phẩm, khách hàng có thể nhận được đơn hàng giao kịp thời và công ty có thể được thanh toán.

Sự phân biệt giữa logic và vật lý cũng áp dụng cho các hoạt động của cơ sở dữ liệu, là các hành động được xác định rõ ràng cho phép các ứng dụng thao tác với dữ liệu và cấu trúc của cơ sở dữ liệu. Các phép toán logic cho phép ứng dụng xác định nội dung nó cần và các phép toán vật lý xác định cách dữ liệu đó sẽ được truy cập và sau đó thực hiện tác vụ.

Để đảm bảo rằng dữ liệu luôn chính xác và có thể truy cập được, cơ sở dữ liệu quan hệ tuân theo các quy tắc toàn vẹn nhất định. Ví dụ, một quy tắc toàn vẹn có thể chỉ định rằng các hàng trùng lặp không được phép trong một bảng để loại bỏ khả năng thông tin sai khi xâm nhập vào cơ sở dữ liệu.

Mô hình quan hệ:

Trong những năm đầu của cơ sở dữ liệu, mọi ứng dụng đều lưu trữ dữ liệu trong cấu trúc độc đáo của riêng nó. Khi các nhà phát triển muốn xây dựng các ứng dụng để sử dụng dữ liệu đó, họ phải biết nhiều về cấu trúc dữ liệu cụ thể để tìm ra dữ liệu họ cần. Các cấu trúc dữ liệu này không hiệu quả, khó duy trì và khó tối ưu hóa để mang lại hiệu suất ứng dụng tốt. Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ được thiết kế để giải quyết vấn đề có nhiều cấu trúc dữ liệu tùy ý.

Mô hình dữ liệu quan hệ cung cấp một cách tiêu chuẩn để biểu diễn và truy vấn dữ liệu có thể được sử dụng bởi bất kỳ ứng dụng nào. Ngay từ đầu, các nhà phát triển đã nhận ra rằng điểm mạnh chính của mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ là ở việc sử dụng các bảng, đây là một cách trực quan, hiệu quả và linh hoạt để lưu trữ và truy cập thông tin có cấu trúc.

2. Ưu điểm và các ràng buộc:

– Ưu điểm: Theo thời gian, một điểm mạnh khác của mô hình quan hệ nổi lên khi các nhà phát triển bắt đầu sử dụng ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL) để viết và truy vấn dữ liệu trong cơ sở dữ liệu. Trong nhiều năm, SQL đã được sử dụng rộng rãi làm ngôn ngữ cho các truy vấn cơ sở dữ liệu. Dựa trên đại số quan hệ, SQL cung cấp một ngôn ngữ toán học nhất quán nội bộ giúp cải thiện hiệu suất của tất cả các truy vấn cơ sở dữ liệu dễ dàng hơn. Trong khi đó, các cách tiếp cận khác phải xác định các truy vấn riêng lẻ.

+ Lợi ích của hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ:

Mô hình quan hệ đơn giản nhưng mạnh mẽ được các tổ chức thuộc mọi loại và quy mô sử dụng cho nhiều nhu cầu thông tin khác nhau. Cơ sở dữ liệu quan hệ được sử dụng để theo dõi hàng tồn kho, xử lý các giao dịch thương mại điện tử, quản lý lượng lớn thông tin khách hàng quan trọng đối với sứ mệnh và hơn thế nữa. Cơ sở dữ liệu quan hệ có thể được xem xét cho bất kỳ nhu cầu thông tin nào trong đó các điểm dữ liệu liên quan đến nhau và phải được quản lý một cách an toàn, dựa trên quy tắc và nhất quán.

Cơ sở dữ liệu quan hệ đã có từ những năm 1970. Ngày nay, những ưu điểm của mô hình quan hệ tiếp tục khiến nó trở thành mô hình được chấp nhận rộng rãi nhất cho cơ sở dữ liệu.

+ Tính nhất quán của mô hình quan hệ và dữ liệu:

Mô hình quan hệ là mô hình tốt nhất trong việc duy trì tính nhất quán của dữ liệu giữa các ứng dụng và các bản sao cơ sở dữ liệu (được gọi là các phiên bản). Ví dụ: khi khách hàng gửi tiền tại máy ATM và sau đó xem số dư tài khoản trên điện thoại di động, khách hàng sẽ thấy khoản tiền gửi đó được phản ánh ngay lập tức trong số dư tài khoản được cập nhật. Cơ sở dữ liệu quan hệ vượt trội ở loại dữ liệu nhất quán này, đảm bảo rằng nhiều phiên bản của cơ sở dữ liệu luôn có cùng một dữ liệu.

Các loại cơ sở dữ liệu khác khó có thể duy trì mức độ nhất quán kịp thời này với lượng lớn dữ liệu. Một số cơ sở dữ liệu gần đây, chẳng hạn như NoSQL, chỉ có thể cung cấp “tính nhất quán cuối cùng”. Theo nguyên tắc này, khi cơ sở dữ liệu được chia tỷ lệ hoặc khi nhiều người dùng truy cập vào cùng một dữ liệu cùng một lúc, dữ liệu cần một thời gian để “bắt kịp”. Tính nhất quán cuối cùng có thể chấp nhận được đối với một số mục đích sử dụng, chẳng hạn như để duy trì danh sách trong danh mục sản phẩm, nhưng đối với các hoạt động kinh doanh quan trọng như giao dịch giỏ hàng, cơ sở dữ liệu quan hệ vẫn là tiêu chuẩn vàng.

+ Cam kết và tính nguyên tử: Cơ sở dữ liệu quan hệ xử lý các quy tắc và chính sách kinh doanh ở mức độ rất chi tiết, với các chính sách nghiêm ngặt về cam kết (nghĩa là thực hiện thay đổi cơ sở dữ liệu vĩnh viễn). Ví dụ: hãy xem xét một cơ sở dữ liệu hàng tồn kho theo dõi ba phần luôn được sử dụng cùng nhau. Khi một phần được kéo ra khỏi hàng tồn kho, hai phần còn lại cũng phải được kéo. Nếu một trong ba phần không có sẵn, thì không phần nào được kéo – cả ba phần phải có sẵn trước khi cơ sở dữ liệu đưa ra bất kỳ cam kết nào. Cơ sở dữ liệu quan hệ sẽ không cam kết một phần cho đến khi nó biết rằng nó có thể cam kết cho cả ba phần. Khả năng cam kết nhiều mặt này được gọi là tính nguyên tử. Tính nguyên tử là chìa khóa để giữ cho dữ liệu chính xác trong cơ sở dữ liệu và đảm bảo rằng nó tuân thủ các quy tắc, quy định và chính sách của doanh nghiệp.

+ Thuộc tính ACID và RDBMS: Bốn thuộc tính quan trọng xác định các giao dịch cơ sở dữ liệu quan hệ: tính nguyên tử, tính nhất quán, tính cách ly và độ bền – thường được gọi là ACID.

Tính nguyên tử xác định tất cả các yếu tố tạo nên một giao dịch cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh. Tính nhất quán xác định các quy tắc để duy trì các điểm dữ liệu ở trạng thái chính xác sau một giao dịch. Sự cô lập giữ cho ảnh hưởng của một giao dịch vô hình đối với những người khác cho đến khi nó được cam kết, để tránh nhầm lẫn. Độ bền đảm bảo rằng các thay đổi dữ liệu trở nên vĩnh viễn sau khi giao dịch được cam kết.

– Các thủ tục được lưu trữ và cơ sở dữ liệu quan hệ: Việc truy cập dữ liệu liên quan đến nhiều hành động lặp đi lặp lại. Ví dụ, một truy vấn đơn giản để lấy thông tin từ bảng dữ liệu có thể cần được lặp lại hàng trăm hoặc hàng nghìn lần để tạo ra kết quả mong muốn. Các chức năng truy cập dữ liệu này yêu cầu một số loại mã để truy cập cơ sở dữ liệu. Các nhà phát triển ứng dụng không muốn viết mã mới cho các chức năng này trong mỗi ứng dụng mới.

May mắn thay, cơ sở dữ liệu quan hệ cho phép các thủ tục được lưu trữ, là các khối mã có thể được truy cập bằng một lệnh gọi ứng dụng đơn giản. Ví dụ: một thủ tục được lưu trữ duy nhất có thể cung cấp việc gắn thẻ bản ghi nhất quán cho người dùng của nhiều ứng dụng. Các thủ tục được lưu trữ cũng có thể giúp các nhà phát triển đảm bảo rằng các chức năng dữ liệu nhất định trong ứng dụng được thực hiện theo một cách cụ thể.