Relational Database là gì? Tìm hiểu về cơ sở dữ liệu quan hệ

Trong thời đại công nghệ thông tin phát triển như vũ bão ngày nay, khái niệm về cơ sở dữ liệu (database) đã trở nên vô cùng phổ biến. Và một trong những loại cơ sở dữ liệu được sử dụng rộng rãi nhất chính là Relational Database (cơ sở dữ liệu quan hệ). Vậy Relational Database là gì? Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn về khái niệm này qua bài viết dưới đây của Elite.

Relational Database là gì?

Relational Database (cơ sở dữ liệu quan hệ) là một loại cơ sở dữ liệu dựa trên mô hình dữ liệu quan hệ, trong đó dữ liệu được tổ chức thành các bảng (table) gồm các hàng (row) và cột (column). Mỗi bảng đại diện cho một thực thể (entity) và các mối quan hệ giữa các thực thể được thể hiện thông qua các khóa (key). Ý tưởng về mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ được đưa ra bởi nhà khoa học máy tính Edgar F. Codd vào năm 1970. Kể từ đó, Relational Database đã trở thành một chuẩn mực trong việc thiết kế và xây dựng các hệ thống cơ sở dữ liệu.Một số đặc điểm nổi bật của Relational Database bao gồm:

• Dữ liệu được tổ chức thành các bảng với cấu trúc rõ ràng.
• Sử dụng khóa chính (primary key) để xác định duy nhất mỗi bản ghi trong bảng.
• Sử dụng khóa ngoại (foreign key) để tạo mối liên kết giữa các bảng.
• Hỗ trợ các phép toán quan hệ như hợp (join), chọn (select), chèn (insert), xóa (delete), cập nhật (update).
• Sử dụng ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc SQL (Structured Query Language) để tương tác với dữ liệu

Một số ví dụ về các hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS) phổ biến hiện nay như MySQL, PostgreSQL, Oracle, Microsoft SQL Server

Ưu điểm và nhược điểm của Relational Database

Ưu điểm

• Tính nhất quán cao: Relational Database đảm bảo tính nhất quán dữ liệu thông qua việc sử dụng các ràng buộc toàn vẹn (integrity constraint) và giao tác (transaction)
• Truy vấn linh hoạt: Với ngôn ngữ SQL, ta có thể thực hiện các truy vấn phức tạp để lấy ra dữ liệu mong muốn một cách dễ dàng
• Tính bảo mật: RDBMS cung cấp các cơ chế phân quyền và kiểm soát truy cập để đảm bảo an toàn dữ liệu.
• Khả năng mở rộng: Relational Database cho phép mở rộng theo chiều ngang (scale-out) bằng cách thêm các node mới vào cụm máy chủ.
• Hỗ trợ giao dịch ACID: Relational Database tuân thủ các tính chất ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) trong xử lý giao dịch, đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu

Nhược điểm

• Hiệu năng: Với các bộ dữ liệu lớn và phức tạp, hiệu năng của Relational Database có thể bị giảm sút do chi phí cho việc duy trì các ràng buộc và mối quan hệ.
• Khó mở rộng theo chiều dọc: Việc mở rộng theo chiều dọc (scale-up) bằng cách nâng cấp phần cứng của một node duy nhất có thể gặp giới hạn.
• Không phù hợp với dữ liệu phi cấu trúc: Relational Database được thiết kế cho dữ liệu có cấu trúc, do đó việc lưu trữ và truy vấn dữ liệu phi cấu trúc như văn bản, hình ảnh, video sẽ kém hiệu quả hơn.

Cấu trúc của Relational Database là gì?

Cấu trúc cơ bản của một Relational Database bao gồm các thành phần chính sau:

• Bảng (Table): Đây là đơn vị lưu trữ cơ bản trong Relational Database, mỗi bảng gồm các hàng và cột. Mỗi bảng đại diện cho một thực thể hoặc đối tượng trong thế giới thực.
• Hàng (Row): Mỗi hàng trong bảng tương ứng với một bản ghi dữ liệu cụ thể. Mỗi hàng chứa các giá trị cho từng cột trong bảng.
• Cột (Column): Các cột định nghĩa cấu trúc của bảng, mỗi cột có một tên duy nhất và kiểu dữ liệu xác định. Các cột đại diện cho các thuộc tính của thực thể.
• Khóa chính (Primary Key): Là một hoặc nhiều cột dùng để xác định duy nhất mỗi hàng trong bảng. Khóa chính đảm bảo tính duy nhất và toàn vẹn của dữ liệu.
• Khóa ngoại (Foreign Key): Là một cột hoặc tập hợp các cột trong bảng tham chiếu đến khóa chính của bảng khác. Khóa ngoại thể hiện mối quan hệ giữa các bảng.
• Ràng buộc (Constraint): Là các quy tắc và điều kiện áp dụng cho dữ liệu trong bảng như ràng buộc khóa chính, khóa ngoại, ràng buộc duy nhất, ràng buộc kiểm tra, v.v.
• Chỉ mục (Index): Là cấu trúc dữ liệu bổ sung giúp tăng tốc việc truy vấn và tìm kiếm dữ liệu trong bảng.

Dưới đây là một ví dụ minh họa về cấu trúc của một Relational Database đơn giản gồm 2 bảng “Khách hàng” và “Đơn hàng”:Bảng “Khách hàng”:

Mã KH (PK)Tên khách hàngĐịa chỉSố điện thoại KH001 Nguyễn Văn A Hà Nội 0987654321 KH002 Trần Thị B TP.HCM 0912345678 KH003 Lê Văn C Đà Nẵng 0977123456

Bảng “Đơn hàng”:

Mã ĐH (PK)Mã KH (FK)Ngày đặt hàngTổng tiền DH001 KH001 2023-06-10 1.500.000 DH002 KH002 2023-06-11 2.000.000 DH003 KH001 2023-06-12 800.000

Trong ví dụ trên:

• Bảng “Khách hàng” lưu trữ thông tin về các khách hàng với khóa chính là “Mã KH”.
• Bảng “Đơn hàng” lưu trữ thông tin về các đơn hàng, sử dụng khóa ngoại “Mã KH” để liên kết với bảng “Khách hàng”.

Lợi ích của Relational Database

Relational Database mang lại nhiều lợi ích quan trọng trong việc quản lý và khai thác dữ liệu, cụ thể:

• Tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu: Với việc sử dụng các ràng buộc và khóa, Relational Database đảm bảo tính nhất quán và toàn vẹn của dữ liệu, tránh các anomaly và sự không thống nhất
• Truy vấn và báo cáo linh hoạt: Ngôn ngữ SQL cung cấp khả năng truy vấn mạnh mẽ, cho phép lấy ra dữ liệu theo nhiều tiêu chí khác nhau, kết hợp dữ liệu từ nhiều bảng, tạo báo cáo phức tạp
• Bảo mật và phân quyền: RDBMS cung cấp các cơ chế phân quyền và bảo mật để kiểm soát truy cập vào dữ liệu, đảm bảo chỉ những người được phép mới có thể xem hoặc thay đổi dữ liệu.
• Hỗ trợ giao dịch: Relational Database hỗ trợ xử lý giao dịch ACID, đảm bảo tính toàn vẹn và tin cậy của dữ liệu ngay cả trong các tình huống đồng thời và lỗi hệ thống
• Khả năng tích hợp và mở rộng: Relational Database có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống và ứng dụng khác thông qua các API và giao thức chuẩn. Đồng thời cũng hỗ trợ mở rộng theo chiều ngang để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng.
• Chuẩn hóa và tối ưu hóa: Việc thiết kế Relational Database tuân theo các dạng chuẩn (Normal Forms) giúp loại bỏ dữ liệu dư thừa, tối ưu hóa việc lưu trữ và truy xuất dữ liệu.

So sánh Relational Database với Non-Relational Databases

Bên cạnh Relational Database, còn có một loại cơ sở dữ liệu khác là Non-Relational Databases hay còn gọi là NoSQL Databases. Dưới đây là một số điểm khác biệt chính giữa hai loại:

Tiêu chíRelational DatabaseNon-Relational Databases Mô hình dữ liệu Dựa trên mô hình quan hệ với các bảng, hàng, cột và khóa Đa dạng mô hình như key-value, document, columnar, graph Cấu trúc dữ liệu Có cấu trúc cố định, phù hợp với dữ liệu có cấu trúc Linh hoạt, hỗ trợ dữ liệu phi cấu trúc và bán cấu trúc Ngôn ngữ truy vấn Sử dụng SQL như một chuẩn chung Không có ngôn ngữ truy vấn chuẩn, mỗi loại có API riêng Khả năng mở rộng Mở rộng theo chiều ngang, cần cân nhắc khi mở rộng theo chiều dọc Dễ dàng mở rộng theo chiều ngang và chiều dọc Tính nhất quán Đảm bảo tính nhất quán cao thông qua ACID Đánh đổi tính nhất quán để đạt hiệu năng và tính sẵn sàng cao hơn Ứng dụng phù hợp Các ứng dụng có yêu cầu về tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu như tài chính, thương mại điện tử Các ứng dụng cần lưu trữ và truy vấn dữ liệu phi cấu trúc với khối lượng lớn như mạng xã hội, IoT, big data

Lựa chọn sử dụng Relational Database hay Non-Relational Databases phụ thuộc vào bản chất và yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng. Trong nhiều trường hợp, việc kết hợp cả hai loại trong một hệ thống là giải pháp tối ưu

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

• Relational Database và SQL có giống nhau không?

Không, Relational Databaselà một loại cơ sở dữ liệu dựa trên mô hình quan hệ, trong khi SQL (Structured Query Language) là ngôn ngữ truy vấn chuẩn để tương tác với Relational Database. SQL được sử dụng để truy vấn, thao tác và quản lý dữ liệu trong Relational Database.

• Liệu Relational Database có phù hợp với dữ liệu phi cấu trúc?

Relational Databaseđược thiết kế chủ yếu cho dữ liệu có cấu trúc và quan hệ rõ ràng. Đối với dữ liệu phi cấu trúc như tài liệu, hình ảnh, video, NoSQL Database thường là lựa chọn tốt hơn vì chúng cung cấp tính linh hoạt và khả năng mở rộng cao hơn.

• Normalization trong Relational Database là gì?

Normalization (chuẩn hóa) là quá trình thiết kế lại cơ sở dữ liệu để loại bỏ dữ liệu dư thừa, giảm sự phụ thuộc và đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu. Có nhiều dạng chuẩn hóa khác nhau như 1NF, 2NF, 3NF, BCNF, 4NF, 5NF, mỗi dạng đều có các quy tắc và ràng buộc riêng.

• Làm thế nào để đảm bảo tính bảo mật của Relational Database?

Để đảm bảo tính bảo mật của Relational Database, cần áp dụng các biện pháp như mã hóa dữ liệu nhạy cảm, quản lý quyền truy cập và phân quyền người dùng, sử dụng các kỹ thuật như prepared statements để ngăn chặn tấn công SQL injection, và thường xuyên cập nhật bản vá bảo mật cho hệ quản trị CSDL.

• Làm thế nào để tối ưu hóa hiệu năng của Relational Database?

Để tối ưu hóa hiệu năng của Relational Database, có thể áp dụng các kỹ thuật như sử dụng chỉ mục (index) để tăng tốc truy vấn, thiết kế schema hợp lý, tối ưu hóa các câu truy vấn, sử dụng cache và áp dụng các chiến lược partitioning và sharding cho các cơ sở dữ liệu lớn. Đồng thời, cần theo dõi và điều chỉnh các thông số cấu hình của hệ quản trị CSDL.

Tóm tắt

Qua bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về Relational Database - một loại cơ sở dữ liệu quan trọng và phổ biến trong ngành công nghệ thông tin. Các ý chính bao gồm:

• Relational Database là cơ sở dữ liệu dựa trên mô hình quan hệ, tổ chức dữ liệu thành các bảng với các hàng và cột.
• Ưu điểm của Relational Database bao gồm tính nhất quán cao, truy vấn linh hoạt, bảo mật và hỗ trợ giao dịch.
• Cấu trúc của Relational Database bao gồm các thành phần như bảng, hàng, cột, khóa chính, khóa ngoại và các ràng buộc.
• Relational Database mang lại nhiều lợi ích như đảm bảo tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu, hỗ trợ truy vấn và báo cáo linh hoạt, bảo mật và khả năng tích hợp.
• Để thiết kế một Relational Database hiệu quả cần tuân theo quy trình và áp dụng các kỹ thuật như chuẩn hóa dữ liệu, tối ưu hóa hiệu năng và bảo mật.
• Để học Relational Database, cần nắm vững các khái niệm cơ bản, học ngôn ngữ truy vấn SQL, thực hành với một hệ quản trị CSDL cụ thể và tham gia các dự án thực tế.

Relational Database đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và khai thác dữ liệu trong nhiều lĩnh vực và ứng dụng khác nhau. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, Relational Database cũng đang tiếp tục được cải tiến và tích hợp với các công nghệ mới như điện toán đám mây, trí tuệ nhân tạo và học máy.Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn một cái nhìn tổng quan và đầy đủ về Relational Database. Dù bạn là người mới bắt đầu hay đã có kinh nghiệm làm việc với cơ sở dữ liệu, việc hiểu sâu về Relational Database sẽ giúp bạn xây dựng các hệthống quản lý dữ liệu mạnh mẽ, hiệu quả và an toàn.