Mastering Database Concepts: Relationale und NoSQL-Datenbanken erklärt

Einführung

Datenbanken sind das Rückgrat moderner Anwendungen und treiben alles an, von kleinen Websites bis hin zu unternehmensweiten Systemen. In diesem Leitfaden werden wir die Grundlagen von Datenbanken erkunden, die Unterschiede zwischen relationalen und nicht-relationalen Datenbanken erklären und untersuchen, wie Sie mit beiden, über die Befehlszeilenschnittstellen (CLI) und grafischen Benutzeroberflächen (GUI), interagieren können.

Am Ende dieses Artikels werden Sie ein klares Verständnis dafür haben, wie Datenbanken funktionieren und welche bewährten Methoden es für ihre Verwaltung gibt.

Was ist eine Datenbank?

Im Kern ist eine Datenbank eine Sammlung von Informationen, die logisch organisiert sind, sodass sie einfach abgerufen, verwaltet und aktualisiert werden können. Ein Datenbankmanagementsystem (DBMS) ist die Software, die verwendet wird, um mit den in der Datenbank gespeicherten Daten zu interagieren. Egal ob es sich um eine Webanwendung, eine mobile App oder ein großes Cloud-System handelt, Datenbanken sind ein unverzichtbares Element der Dateninfrastruktur.

Es gibt zwei Haupttypen von Datenbanken: relationale und nicht-relationale. Schauen wir uns diese näher an.

Relationale Datenbanken

Relationale Datenbanken organisieren Daten in Tabellen (bekannt als Relationen), wobei Zeilen Einträge und Spalten den Datentyp darstellen. Diese Struktur ist strikt und gewährleistet die Datenintegrität durch definierte Beziehungen und Einschränkungen.

Schlüsselkonzepte:

• Primärschlüssel: Eine Spalte, die jede Zeile in der Tabelle eindeutig identifiziert.
• Fremdschlüssel: Ein Verweis auf den Primärschlüssel in einer anderen Tabelle, der Beziehungen zwischen Tabellen ermöglicht.

Relationale Datenbanken verwenden Structured Query Language (SQL), um mit den Daten zu interagieren, einschließlich der Ausführung von Abfragen, dem Festlegen von Einschränkungen und der Durchführung von Operationen wie Einfügungen, Aktualisierungen oder Löschungen.

Hier ist ein Beispiel für die Erstellung einer Tabelle in einer relationalen Datenbank unter Verwendung von SQL:

 
CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100),
    email VARCHAR(100) UNIQUE NOT NULL
);

In diesem Beispiel ist die Spalte id der Primärschlüssel, der sicherstellt, dass jeder Benutzer eine eindeutige Kennung hat, während das Feld email sowohl eindeutig als auch nicht nullfähig ist, um die Datenintegrität zu gewährleisten.

SQL-Einschränkungen

SQL bietet mehrere eingebaute Einschränkungen, um die Datenqualität und die Einhaltung von Geschäftsvorschriften sicherzustellen. Zu den am häufigsten verwendeten Einschränkungen gehören:

• PRIMÄRSCHLÜSSEL: Stellt sicher, dass die Spalte eindeutige, nicht nullfähige Werte enthält.
• FREMDER SCHLÜSSEL: Verknüpft zwei Tabellen miteinander.
• EINZIGARTIG: Verhindert doppelte Werte in einer Spalte.
• NICHT NULL: Stellt sicher, dass eine Spalte keine leeren Werte enthält.
• CHECK: Fügt benutzerdefinierte Regeln hinzu, welche Werte in einer Spalte erlaubt sind.

Diese Einschränkungen helfen, die Konsistenz der Datenbank sicherzustellen und häufige Fehler bei der Dateneingabe zu vermeiden.

Nicht-relationale Datenbanken (NoSQL)

Für Anwendungen, die mehr Flexibilität erfordern oder große, unstrukturierte Datensätze verarbeiten müssen, sind nicht-relationale oder NoSQL-Datenbanken oft die bevorzugte Wahl. Im Gegensatz zu relationalen Datenbanken basieren diese Datenbanken nicht auf einem festen Schema und SQL.

Arten von NoSQL-Datenbanken:

1. Key-Value-Stores: Diese Datenbanken speichern Daten als Schlüssel-Wert-Paare. Redis ist ein bekanntes Beispiel für dieses Modell.
2. Dokumenten-Speicher: Daten werden in Dokumenten gespeichert, häufig in Formaten wie JSON. MongoDB ist ein bekanntes Dokumentenspeicher-System.
3. Spaltenorientierte Datenbanken: Diese Datenbanken speichern Daten in Spalten statt in Zeilen, was sie für analytische Abfragen effizient macht. Ein Beispiel ist Cassandra.
4. Graph-Datenbanken: Sie sind so konzipiert, dass sie vernetzte Daten verarbeiten. Graph-Datenbanken sind ideal für Anwendungen wie soziale Netzwerke. Neo4j ist eine bekannte Graph-Datenbank.

Hier ist ein Beispiel für eine grundlegende Operation in MongoDB, einer dokumentenorientierten Datenbank:

 
db.users.insertOne({
    name: "John Doe",
    email: "john@example.com",
    age: 30
});

Dieser Befehl fügt ein neues Dokument in die users-Sammlung in MongoDB ein.

Interaktion mit Datenbanken

Es gibt zwei Hauptmöglichkeiten, mit Ihrer Datenbank zu interagieren: über eine Befehlszeilenschnittstelle (CLI) oder eine grafische Benutzeroberfläche (GUI).

Verwendung der Befehlszeile

Die CLI ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Interaktion mit Datenbanken. Jedes DBMS stellt sein eigenes CLI-Tool bereit:

• MySQL: mysql
• PostgreSQL: psql
• MongoDB: mongo

Hier ist ein Beispiel, wie man sich mit einer MySQL-Datenbank verbindet und eine neue Datenbank erstellt:

 
mysql -u root -p
CREATE DATABASE company_db;
USE company_db;

Die Verwendung der CLI bietet die Flexibilität, komplexe Operationen schnell und effizient auszuführen.

Grafische Benutzeroberflächen (GUI)

Für diejenigen, die einen visuellen Ansatz bevorzugen, gibt es GUI-Tools für die meisten Datenbanken. Zu den beliebten GUI-Tools gehören:

• phpMyAdmin für MySQL
• pgAdmin für PostgreSQL
• MongoDB Compass für MongoDB

Diese Tools bieten eine benutzerfreundliche Oberfläche zur Verwaltung von Datenbanken, zum Ausführen von Abfragen und zum Anzeigen von Daten.

Aufbau eines datenbankgestützten Anwendungsstapels

Die meisten Anwendungen, die eine Datenbank verwenden, sind Teil eines größeren Stapels. Ein bekanntes Beispiel ist der LAMP-Stapel, der folgende Komponenten umfasst:

• Linux: Das Betriebssystem.
• Apache: Der Webserver.
• MySQL: Die relationale Datenbank.
• PHP: Die serverseitige Skriptsprache.

Hier ist eine kurze Anleitung zum Einrichten eines LAMP-Stapels für Ihr nächstes Projekt:

 
sudo apt update
sudo apt install apache2
sudo apt install mysql-server
sudo apt install php libapache2-mod-php php-mysql

Nach der Konfiguration Ihres Stapels können Sie damit beginnen, datenbankgestützte Anwendungen zu erstellen.

Fazit

Egal, ob Sie mit relationalen Datenbanken wie MySQL oder PostgreSQL arbeiten oder in die Welt von NoSQL mit MongoDB oder Redis eintauchen, das Verständnis der grundlegenden Konzepte von Datenbanken ist unerlässlich. Von der Interaktion über die CLI bis hin zur Nutzung von GUI-Tools hat Ihnen dieser Leitfaden eine Grundlage für die Fortsetzung Ihrer Lernreise in der Datenbankverwaltung gegeben.