پایگاه داده رابطه ای چیست؟ معرفی پرکاربردترین RDBMS ها

سیستم های مدیریت پایگاه داده رابطه ای (RDBMS) در صنایع و اپلیکیشن‌های مختلف، ازجمله تجارت، امور مالی، سلامت، تجارت الکترونیک و بسیاری موارد دیگر، به‌صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌‌اند. به همین دلیل، آشنایی با مفاهیم مربوط به این نوع از انواع پایگاه داده و شناخت پرکاربردترین RDBMS ها به شما کمک می‌کند تا دیدگاه عمیق‌تری از آن‌ها به‌دست بیاورید و مسیر مناسبی را برای آینده شغلی خود انتخاب کنید. در این مقاله، ابتدا به مفاهیم بنیادی مربوط به Relational Database پرداخته می‌شود و در ادامه، تفاوت‌های عمده آن با پایگاه داده NoSQL شرح داده خواهد شد.

پایگاه داده رابطه ای چیست؟

پایگاه داده رابطه ای (Relational Database) نوعی سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) است که در آن، داده‌ها در جداول سازماندهی شده‌اند و قوانین مربوط مدل رابطه‌ای در این پایگاه داده برقرار است. با کمک این نوع دیتابیس می‌توانید مواردی مانند ذخیره‌سازی داده‌ها، مدیریت و استخراج ‌آن‌‌ها را به‌صورت ساختاریافته و بدون پیچیدگی انجام دهید.

ویژگی های پایگاه داده رابطه ای

اصلی‌ترین مشخصه‌های پایگاه داده رابطه ای به شرح زیر است:

• نحوه سازماندهی داده‌ها: در Relational Databases ، داده‌ها در جدول قرار می‌گیرند؛ به‌طوریکه هر جدول، یک مفهوم یا موجودیت مشخص، مانند مشتریان، محصولات یا سفارش‌ها را نشان می‌دهد. جدول پایگاه داده رابطه ای ، سطرها و ستون‌های مختلفی دارد که هر سطر، نماد یک رکورد یا موجودیت یکتا (Unique Entry) و هر ستون، نشان‌دهنده یک فیلد (Field) یا صفت (Attribute) خاص از داده‌ها است.
• کلید اصلی (Primary Key): معمولاً هر یک از جداول Relational Databases دارای یک کلید اصلی (Primary Key) هستند که به‌عنوان شناسه یکتا (Unique Identifier) و خاص برای هر سطر جدول تلقی می‌شوند. وجود کلید اصلی این تضمین را به شما می‌دهد که هر یک از رکوردها به‌صورت یکتا قابل شناسایی هستند و دسترسی به آن‌ها امکان‌پذیر است.
• ارتباط جدول‌ها: در پایگاه داده Relational یا همان RDB، این امکان وجود دارد که ازطریق کلید خارجی (Foreign Key) میان جداول ارتباط ایجاد کرد. کلید خارجی، ستونی از یک جدول است که به کلید اصلی جدول دیگری اشاره می‌کند. به‌واسطه این ارتباط، می‌توان ارتباطات و وابستگی‌های پیچیده میان داده‌ها را نمایش داد.
• سازگاری و یکپارچگی داده‌ها: یکی از مشخصه‌های پراهمیت پایگاه داده رابطه ای این است که در آن، محدودیت‌های یکپارچگی داده‌ها، ازجمله محدودیت های یکتایی (Unique Constraints)، یکپارچگی ارجاعی (Referential Integrity) و انواع داده (Data Types) همگی اعمال می‌شوند. این محدودیت‌ها کمک می‌کنند تا سازگاری و دقت داده‌ها به‌خوبی حفظ شوند.
• زبان کوئری‌نویسی ساختاریافته (SQL): معمولاً برای دسترسی و کار با RDBMS ، از زبان کوئری‌نویسی SQL استفاده می‌شود. SQL یک زبان قدرتمند و استاندارد برای مدیریت داده‌ها و اجرای کوئری محسوب می‌شود و با یادگیری آن، می‌توانید مواردی همچون حذف، درج، به‌روزرسانی و استخراج داده‌ها از پایگاه داده را انجام دهید و ساختار جداول و رابطه‌ها را تعریف کنید.

• نرمال‌سازی (Normalization): در پایگاه داده رابطه ای ، نرمال‌سازی داده‌ها حائز اهمیت فراوانی است. نرمال‌سازی داده‌ها به فرآیندی گفته می‌شود که در آن افزونگی داده‌ها (Data Redundancy) به حداقل می‌رسد و در کنار بهبود سازگاری داده‌ها، ریسک وقوع «ناسازگاری» (ناهنجاری | Anomaly) در زمان به‌روزرسانی داده‌ها را کاهش می‌دهد.

به‌طور کلی، RDBMS یک رویکرد ساختاریافته و سازماندهی شده برای مدیریت داده‌ها است و مواردی همچون دقت (Accuracy) داده‌ها، سازگاری (Consistency) و قابل اکتفا بودن (Reliability) را تضمین می‌کند. Relational Databases در اپلیکیشن‌‌ها و صنایع مختلف به‌صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حقیقت، این نوع از پایگاه داده در اموری اهمیت خود را نشان می‌دهد که مدیریت داده‌ها ضروری است؛ مانند عملیات تجاری، امور مالی، تجارت الکترونیک (E-Commerce) و سلامت.

تفاوت پایگاه داده رابطه ای و غیر رابطه ای چیست؟

پایگاه داده غیر رابطه ای (NoSQL Database) و پایگاه داده رابطه ای با یکدیگر تفاوت دارند و هرکدام برای موارد استفاده خاصی طراحی شده‌اند. علاوه‌بر این، رویکرد مدل‌سازی داده‌ها در این دو نوع دیتابیس متمایز هستند. در این بخش، عمده‌ترین نقاط تمایز آن‌ها را بررسی می‌کنیم:

ساختمان داده ها (Data Structure)

در پایگاه داده رابطه ای ، داده‌ها در جداول ساختاریافته به‌همراه سطرها و ستون‌ها ذخیره می‌شوند و Schema هر جدول، از قبل تعریف شده است. معمولاً ارتباط داده‌ها ازطریق کلیدهای خارجی نمایش داده می‌شود. این نوع از پایگاه داده برای مواقعی مناسب است که داده‌ها دارای ساختار مشخص و Schema ثابت هستند. به‌عنوان مثال، در مواردی که قصد مدیریت موجودیت‌ها یا رکوردهای مالی را دارید، Relational Databases انتخاب مطلوبی محسوب می‌شود.

در نقطه مقابل، پایگاه داده های NOSQL یا همان غیر رابطه ای، از لحاظ مدل‌سازی داده‌ها، انعطاف بیش‌تری دارند و قابلیت ذخیره‌سازی انواع داده‌های بدون ساختار، نیمه‌ساختاریافته و ساختاریافته را دارا هستند. در این نوع پایگاه داده، معمولاً داده‌ها با فرمت‌های خاصی، ازجمله زوج‌های کلید مقدار، سندگرا (Json و XML)، انبارهای ستون گسترده یا مدل‌های گرافی ذخیره می‌شوند. انعطاف پایگاه داده NoSQL آن را به یک انتخاب مناسب برای رسیدگی به تغییرات سریع DataType ها تبدیل کرده است و می‌توان از آن‌ها در مواردی همچون رسیدگی به داده‌های شبکه‌های اجتماعی و چنین مواردی استفاده کرد.

مقیاس پذیری (Scalability)

معمولاً سیستم های پایگاه داده رابطه ای امکان مقیاس‌پذیری به‌صورتی عمودی (Vertical) را دارا هستند. این کار ازطریق اضافه کردن منابع بیش‌تر به سرور واحد امکان‌پذیر خواهد بود. در حالی که پایگاه های داده NoSQL به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوان مقیاس‌پذیری افقی (Horizontal) روی آن‌ها انجام داد. البته توجه کنید که برخی از سیستم های RDBMS از مقیاس‌پذیری افقی پشتیبانی می‌کنند؛ اما این موضوع می‌تواند پیچیدگی داشته باشد.

شِما (Schema)

ایده اصلی در Relational Database Management System یا همان RDBMS این است که یک Schema بدون انعطاف مورد استفاده قرار می‌گیرد و جداول و نوع‌های داده، از قبل تعریف شده‌اند. در پایگاه داده رابطه ای تغییر دادن Schema، نیازمند برنامه‌ریزی دقیق و فرآیند مایگریشن (Migration) است. در نقطه مقابل آن، در پایگاه داده غیر رابطه ای ، انعطاف‌پذیری شِما وجود دارد و به واسطه آن، توسعه‌دهنده امکان درج یا ویرایش فیلدها را بدون تغییر کل Schema پایگاه داده دارد. پایگاه داده NoSQL برای مواقعی مناسب است که ساختمان‌های داده‌ها به‌سرعت تکامل پیدا می‌کنند.

زبان کوئری نویسی

‌در RDBMS ، زبان SQL به‌عنوان اصلی‌ترین زبان برای کار با داده‌ها و کوئری‌نویسی استفاده می‌شود. اما در پایگاه داده NoSQL، معمولاً از زبان های کوئری‌نویسی خاصی استفاده می‌شود که به طور مشخص، برای آن مدل داده کارایی دارند. ممکن است این زبان‌های کوئری‌نویسی در انواع پایگاه داده غیر رابطه ای متفاوت باشند. با این حال، برخی از پایگاه داده‌های NoSQL از زبان‌های شبه SQL نیز پشتیبانی می‌کنند.

تراکنش ها و سازگاری

در پایگاه داده رابطه ای خصوصیات ACID برقرار است و به‌واسطه آن، سازگاری قوی داده‌ها و پشتیبانی از تراکنش تضمین می‌شود. منظور از ACID در پایگاه داده، چهار ویژگی کلیدی و پراهمیت RDBMS، یعنی «همه یا هیچ» (Atomicity)، «سازگاری» (Consistency)، «انزوا یا اصطلاحاً ایزوله» (Isolation) و «ماندگاری» (Durability) است. در پایگاه داده NoSQL، مدل‌های سازگاری می‌توانند از سازگاری قوی تا سازگاری تدریجی متفاوت باشند. در برخی از پایگاه داده غیررابطه‌ای، مواردی مانند دسترسی بالا و مقاومت در برابر پارتیشنینگ نسبت به ویژگی سازگاری قوی، اولویت بالاتری دارند.

موارد استفاده (Use Cases)

در شرایطی که نیازمندی‌های اپلیکیشن، مواردی همچون یکپارچگی داده‌ها، تراکنش‌های پیچیده و Schema خوب تعریف شده باشد، پایگاه داده رابطه ای انتخاب مناسبی است. به‌عنوان مثال، اگر با سیستم‌های مالی، پلتفرم‌های تجارت الکترونیک و اپلیکیشن‌های تجاری سروکار دارید، RDBMS برای شما مطلوب خواهد بود. در سناریوهایی که انعطاف‌پذیری، مقیاس‌پذیری و رسیدگی به نوع‌های داده مختلف ضروری محسوب می‌شوند، استفاده از پایگاه داده NoSQL کارآمد به‌شمار می‌رود. تجزیه و تحلیل بلادرنگ، پردازش داده های IOT و پلتفرم‌های شبکه‌های اجتماعی همگی مواردی هستند که می‌توان در آن‌ها از دیتابیس NoSQL استفاده کرد.

به‌طور کلی، انتخاب بین RDBMS و پایگاه داده NoSQL ، به نیازمندی‌های اپلیکیشن، مدل‌سازی داده‌ها و نیازهای مقیاس‌پذیری سیستم بستگی دارد. ممکن است در برخی پروژه‌ها، به ترکیب هر دو آن‌ها نیاز باشد تا بتوان از نقاط قوت هر دو آن‌ها در کنار هم بهره برد.

در این بخش، به‌طور مفصل تفاوت پایگاه داده رابطه ای و NoSQL را شرح دادیم. اکنون در ادامه، به معرفی محبوب‌ترین RDBMS ها می‌پردازیم تا بدین طریق مشخص شود کدام Relational Databases نقش پررنگ‌تری را در صنایع مختلف ایفا می‌کنند.

محبوب ترین RDBMS ها

پیش از معرفی پرکاربردترین سیستم های پایگاه داده رابطه ای ، لازم است به این موضوع اشاره شود که این فهرست می‌تواند در طول زمان تغییر کند؛ چراکه شهرت آن‌ها به فاکتورهای مختلفی ازجمله ترندهای تکنولوژی و نیازمندی‌های صنعت بستگی دارد. با این حال، کاربردی ترین RDBMS ها عبارتند از:

• Microsoft SQL Server
• MySQL
• PostgreSQL
• پایگاه داده اوراکل (Oracle)
• SQLite
• MariaDB

مزایای پایگاه داده رابطه ای چیست ؟

بارزترین ویژگی های مثبت RDBMS به شرح زیر است:

• ذخیره‌سازی ساختارمند داده‌ها
• یکپارچگی و سازگاری داده‌ها
• پشتیبانی از ارتباط میان جداول (ازطریق کلید فرعی)
• قابلیت گزارش‌‌گیری و کوئری‌نویسی
• پشتیبانی از خاصیت ACID
• مقایس‌پذیری مناسب
• امنیت داده‌ها

چالش های RDBMS چیست ؟

با وجود اینکه سیستم مدیریت Relational Databases دارای مزیت‌هایی متعددی است، اما این نوع سیستم دیتابیس، کاستی‌هایی نیز دارد که اگر با آن‌ها آشنا باشید، مواجه با آن‌ها تسهیل می‌یابد. حال به برخی از چالش های RDBMS می‌پردازیم:

• دشواری‌های مربوط به طراحی Schema پایگاه داده رابطه ای برای مجموعه داده‌های گسترده
• سربار مربوط به پرفورمنس در محیط‌های با تراکنش بالا و کاهش کارایی در طول زمان
• پشتیبانی محدود آن از داده‌های بدون ساختار و سلسله مراتبی
• انعطاف‌پذیری نسبتاً پایین

توجه شود که می‌توان چالش‌های ذکر شده را ازطریق راه حل‌های کاربردی بهبود داد. به‌عنوان مثال، برای بهینه‌سازی پایگاه داده می‌توان متدهایی را اعمال کرد تا کارایی کلی سیستم افزایش پیدا کند.

جمع بندی

در این مقاله، ابتدا به این سؤال پاسخ داده شد که پایگاه داده رابطه ای چیست و چه تفاوتی با دیتابیس های NoSQL دارد. پس از آن، به برخی از مزیت‌ها و چالش‌های RDBMS اشاره کردیم و مشخص شد در کدام سناریوها، این سیستم مفید واقع خواهد شد. به‌طور کلی، Relational Databases برای اپلیکیشن‌ها یا شرایطی مطلوب‌اند که نیاز داریم داده‌ها به‌صورت ساختاریافته و نرمال‌شده سازماندهی شوند و یکپارچگی و سازگاری آن‌ها برقرار باشد.