DBMS

01-introduction-to-databases

6 min read

01 — Introduction to Database Systems

Зачем эта тема: понять, что такое БД, чем она лучше обычных файлов, кто и как с ней работает. Это фундамент всего курса — без этой главы остальные не имеют смысла.

🎯 Практический квиз

30 вопросов с ответами и объяснениями для самопроверки → https://sdu.javazhan.tech/questions/7/categories/22

1. Зачем вообще нужна база данных

Представь, что ты хранишь данные банка в обычных файлах: customers.txt, accounts.txt, loans.txt. Что пойдёт не так?

  • Дублирование данных — адрес клиента лежит в трёх файлах, и при изменении надо править вручную.
  • Несогласованность — в одном файле адрес обновили, в другом нет → данные противоречат друг другу.
  • Сложный доступ — для каждого нового запроса надо писать отдельную программу.
  • Параллельный доступ — два кассира одновременно списывают деньги со счёта → баланс ломается.
  • Безопасность — каждый, у кого есть файл, видит ВСЁ.
  • Целостность — никто не гарантирует, что баланс ≥ 0.

Главная идея

DBMS решает все эти проблемы: один контролируемый слой между приложением и данными.

2. Базовые термины

DBMS (Database Management System) — программа, которая управляет базой данных: хранит, защищает, обновляет, выдаёт по запросу. abbreviation

database — структурированная коллекция связанных данных. dbterm

data — сырые факты (число, строка, дата). dbterm

information — обработанные данные с контекстом. dbterm

metadata — данные о данных (структура, типы, ограничения). dbterm

schema — описание структуры БД: какие таблицы, какие столбцы, какие связи. dbterm

instance — текущее состояние данных в БД на конкретный момент времени. dbterm

Schema vs instance

Schema — это как класс в ООП (структура). Instance — это объект (конкретные значения сейчас). Schema меняется редко, instance — постоянно.

3. Файловая система vs DBMS

КритерийFile systemDBMS
Дублирование данныхвысокоенизкое (нормализация)
Согласованностьприложение само следитгарантирует DBMS
Параллельный доступтрудночерез transactions
Целостностьчерез кодчерез constraints
Безопасностьправа на файлроли + права на таблицы/столбцы
Гибкость запросовсвой код для каждогоуниверсальный SQL
Восстановление после сбоянетесть (logs, backup)

Ловушка

“Я просто положу JSON в файл” — норм для прототипа, но как только появляются параллельные пользователи и важные данные, надо переходить на DBMS.

4. Уровни абстракции данных

DBMS прячет от пользователя физические детали. Уровней три:

  1. Physical level — как байты лежат на диске, какие индексы, какая страница.
  2. Logical level — какие таблицы, какие столбцы, какие связи. Это то, что описывает schema.
  3. View level — что видит конкретный пользователь (часть данных, агрегаты). Может быть несколько views.

Data independence

Physical data independence — можно менять физическое хранение, не трогая логику. Logical data independence — можно расширять schema, не трогая старые приложения. Главная цель — изоляция приложения от деталей хранения.

5. Языки баз данных

DBMS говорит на нескольких “под-языках” SQL.

DDL (Data Definition Language) — описывает структуру: CREATE, ALTER, DROP, TRUNCATE. abbreviation

DML (Data Manipulation Language) — работает с данными: SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE. abbreviation

DCL (Data Control Language) — права: GRANT, REVOKE. abbreviation

TCL (Transaction Control Language) — управление транзакциями: COMMIT, ROLLBACK, SAVEPOINT. abbreviation

Memory hook — D-D-D-T

Definition · Data · Data-control · Transaction

-- DDL
CREATE TABLE customers (id INT PRIMARY KEY, name VARCHAR(100));
ALTER TABLE customers ADD COLUMN email VARCHAR(255);
DROP TABLE customers;
 
-- DML
INSERT INTO customers VALUES (1, 'Aigerim');
SELECT * FROM customers WHERE id = 1;
UPDATE customers SET name = 'Aigerim K.' WHERE id = 1;
DELETE FROM customers WHERE id = 1;
 
-- DCL
GRANT SELECT ON customers TO some_user;
REVOKE SELECT ON customers FROM some_user;
 
-- TCL
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
COMMIT;
-- или ROLLBACK;

CREATE TABLE name (col TYPE …); sqlcommand Создаёт новую таблицу.

ALTER TABLE name ADD/DROP/MODIFY …; sqlcommand Меняет существующую таблицу.

DROP TABLE name; sqlcommand Удаляет таблицу полностью (вместе с данными и структурой).

GRANT priv ON object TO user; sqlcommand Выдаёт право (например, SELECT) пользователю.

Exam trap — DROP vs DELETE vs TRUNCATE

  • DROP TABLE → удаляет ТАБЛИЦУ (структуру + данные).
  • DELETE FROM table → удаляет СТРОКИ, можно с WHERE. DML, можно откатить.
  • TRUNCATE TABLE → удаляет ВСЕ строки разом, быстро, обычно не откатить (DDL в большинстве СУБД).

6. Архитектура DBMS

6.1 Двухуровневая (2-tier)

Client app ↔ DBMS server

Клиент сам шлёт SQL-запросы серверу. Простая схема, но плохо масштабируется и опасно (логика на клиенте).

6.2 Трёхуровневая (3-tier)

Client (UI) ↔ Application server (logic) ↔ DBMS server

Современный стандарт. Приложение между UI и БД отвечает за бизнес-логику и безопасность. Это то, что используют все веб-приложения.

Почему 3-tier лучше

  • UI меняется без перекомпиляции серверной логики.
  • Бизнес-правила централизованы.
  • БД доступна только серверу приложений → меньше attack surface.

7. Компоненты DBMS

Внутри сервера БД работает несколько подсистем:

КомпонентРоль
Query processorпарсит SQL, строит и оптимизирует план выполнения
Storage managerработает с диском, файлами, страницами
Buffer managerдержит часто используемые страницы в памяти
Transaction managerследит за ACID, locking, isolation
Recovery managerвосстанавливает БД после сбоя через log
Authorization managerпроверяет права на каждое действие

В одной фразе

Query processor решает что делать, storage manager — где взять данные, transaction manager — как сделать безопасно, recovery — что делать если упало.

8. Пользователи БД

РольЧто делает
Naive userработает через готовое приложение (кассир, оператор)
Application programmerпишет приложение, которое ходит в БД
Sophisticated userсам пишет SQL для аналитики
DBA (Database Administrator)проектирует БД, управляет правами, бэкапами, performance

DBA (Database Administrator) — главный человек по БД: создаёт схему, выдаёт права, настраивает backup, мониторит performance. abbreviation

9. Модели данных

Модель данных — способ описания структуры БД. Основные:

  • Relational — таблицы, строки, столбцы (то, что мы изучаем). Стандарт индустрии.
  • Entity-Relationship (ER) — для проектирования (Chapter 6).
  • Object-based — объекты, классы, наследование.
  • Semi-structured — JSON, XML — гибкая схема.
  • Hierarchical (исторический) — дерево.
  • Network (исторический) — граф через указатели.

Why relational won

Простая, математически обоснованная (set theory + relational algebra), декларативный язык (SQL), независимость от физического хранения.

10. Жизненный цикл проектирования БД

  1. Requirements analysis — что бизнес хочет хранить и узнавать.
  2. Conceptual design — рисуем ERD (Chapter 6).
  3. Logical design — переводим ERD в таблицы, нормализуем (Chapter 7).
  4. Physical design — выбираем индексы, partitioning, типы хранения.
  5. Implementation — пишем DDL, заливаем данные.
  6. Maintenance — мониторинг, оптимизация, изменение схемы.

Memory hook — RCLPIM

Requirements → Conceptual → Logical → Physical → Implementation → Maintenance.

11. Преимущества DBMS — итог

  • Контроль избыточности (через нормализацию).
  • Целостность (через constraints).
  • Безопасность (через GRANT/REVOKE).
  • Параллельность (через транзакции).
  • Восстановление (через WAL и backup).
  • Декларативные запросы (SQL).
  • Independence (логика приложения не зависит от хранения).

12. Недостатки DBMS — честно

  • Сложность — DBMS большие, требуют DBA.
  • Стоимость — лицензии (Oracle, MS SQL), железо, обучение.
  • Overhead — для крошечных приложений может быть избыточен.
  • Vendor lock-in — миграция между СУБД дорогая.

Когда DBMS не нужен

Простой конфиг, одиночный пользователь без параллелизма, embedded-сценарий — иногда хватит SQLite или просто файла.

13. Часто на экзамене

Exam trap-ы по этой главе

  1. DDL vs DML vs DCL vs TCL — путают TRUNCATE (DDL) и DELETE (DML).
  2. Schema vs instance — schema это структура, instance это текущие данные.
  3. Physical vs logical data independence — physical = смена хранения, logical = смена структуры.
  4. 2-tier vs 3-tier — 3-tier добавляет application server между клиентом и БД.
  5. DBA — обязательно знать, чем отличается от обычного пользователя.

14. Mini-quiz для самопроверки

  1. Чем отличается DROP TABLE от DELETE FROM?
  2. К какому языку относится GRANT?
  3. Что такое physical data independence?
  4. Что хранится на logical level и что на view level?
  5. Какие 6 проблем решает DBMS по сравнению с файлами?

Если понял эту главу

Ты знаешь, что такое DBMS, зачем он нужен, из чего состоит и какими языками с ним общаются. Это база, на которой будет стоять весь курс.

Graph View

Backlinks