Database Relazionale: cosa è ed elementi fondamentali

Cos’è un Database Relazionale?

Se volessimo dare una definizione formale, potremmo dire che un database relazionale è una struttura che ordina i dati in tabelle correlate, facilitando la memorizzazione, la ricerca e la gestione di informazioni complesse tramite interconnessioni chiare e definite.

Per capire meglio, facciamo un esempio.

Possiamo immaginare un database relazionale come un archivio molto organizzato, simile a una biblioteca, dove le informazioni sono suddivise in diversi scaffali (tabelle).

Ogni scaffale ha dei libri (righe) che trattano argomenti specifici, e ogni pagina di un libro rappresenta un particolare dettaglio (colonna).

Come in una biblioteca dove si possono trovare riferimenti incrociati tra libri diversi, anche in un database relazionale le informazioni in un “scaffale” possono essere collegate a quelle in un altro, permettendo di trovare facilmente dati correlati.

Questo sistema rende semplice lo “stoccaggio” delle informazioni e la loro ricerca e aggiornamento, garantendo che l’intera “biblioteca” di dati sia ordinata e facilmente accessibile.

La storia del database relazionale inizia negli anni ’70, grazie al lavoro pionieristico di Edgar F. Codd, un ricercatore IBM. Codd introduce il modello relazionale per la gestione dei dati nel 1970, rivoluzionando il modo in cui i dati venivano archiviati e interrogati.

Per cosa si usa un Database Relazionale?

Un database relazionale viene utilizzato principalmente per archiviare, organizzare e recuperare dati in modo sistematico e strutturato. È ideale per ambienti dove l’integrità, la sicurezza e l’accesso efficiente ai dati sono prioritari.

Aziende, istituzioni finanziarie, siti web e applicazioni utilizzano database relazionali per gestire grandi quantità di informazioni, come i dati dei clienti, le transazioni o gli inventari. Permettono anche di eseguire analisi complesse, generare report e supportare processi decisionali basati sui dati.

In breve, i database relazionali sono fondamentali per la gestione moderna delle informazioni in quasi tutti i settori.

Elementi fondamentali di un Database Relazionale

Chiarito quindi cos’è un database relazionale e quali sono gli utilizzi, proviamo ad entrare un po’ puù nel tecnico specificando quali sono i suoi elementi fondamentali.

Tabelle

Una tabella è composta da righe e colonne e rappresenta un insieme di dati correlati. Ogni riga, conosciuta anche come record, corrisponde ad una singola istanza dell’entità e contiene informazioni uniche per ogni elemento; ad esempio, in una tabella degli impiegati, una riga conterrebbe le caratteristiche di un impiegato specifico.

Le colonne, chiamate anche campi o attributi, definiscono il tipo di dato che la tabella memorizza per ogni record, come il nome, l’indirizzo o il salario di un impiegato. La definizione delle colonne in una tabella determina lo schema di quella tabella, specificando il tipo di dato (ad esempio, integer, varchar, date) e altre regole di validazione.

La combinazione di queste righe e colonne in una tabella consente di organizzare dati in modo strutturato, favorendo un accesso efficiente e sistematico alle informazioni.

Chiave primaria

La chiave primaria è un attributo o un insieme di attributi che identifica univocamente ogni riga in una tabella.

Questa chiave è fondamentale per garantire l’unicità di ogni record, evitando duplicazioni.

È soggetta a vincoli di unicità e non-nullità, per assicurare che ogni record abbia un valore distinto e non vuoto per tale chiave.

Chiave esterna

La chiave esterna (o foreign key) in un database relazionale è un attributo o un insieme di attributi in una tabella che fa riferimento alla chiave primaria di un’altra tabella. Questo meccanismo stabilisce una relazione di dipendenza tra le tabelle, essenziale per mantenere l’integrità referenziale dei dati.

La chiave esterna assicura che i valori in una tabella corrispondano sempre a valori esistenti in un’altra tabella, evitando così incongruenze nei dati.

Ad esempio, in una tabella di ordini che fa riferimento a una tabella di clienti, la chiave esterna nell’ordine punterebbe alla chiave primaria del cliente. Ciò crea un legame logico tra l’ordine e il cliente specifico, garantendo che ogni ordine sia associato a un cliente esistente.

Relazioni nel database relazionale

Le relazioni sono i legami logici tra tabelle diverse che permettono di associare dati correlati e sono stabilite attraverso l’uso di chiavi primarie e chiavi esterne, creando collegamenti tra entità distinte.

Esistono tre tipi fondamentali di relazioni: uno-a-uno, uno-a-molti e molti-a-molti. Una relazione uno-a-uno implica che ogni record in una tabella corrisponda esattamente a un record in un’altra tabella. La relazione uno-a-molti indica che un singolo record in una tabella può essere associato a molti record in un’altra tabella. Infine, una relazione molti-a-molti consente a molti record in una tabella di essere collegati a molti record in un’altra.

La corretta definizione e gestione di queste relazioni è essenziale per mantenere l’integrità dei dati e per eseguire query efficienti e significative all’interno del database.

Schema del database relazionale

Nel contesto di un database relazionale, lo schema rappresenta la struttura formale del database, descrivendo la configurazione logica di tutte le tabelle, le relazioni, le chiavi primarie ed esterne, e altri vincoli di integrità.

Lo schema è, in sostanza, una mappa della struttura del database, che definisce come i dati sono organizzati e come interagiscono tra loro.

Lo schema è di solito definito durante la fase di progettazione del database e rimane relativamente stabile nel tempo.

È un componente critico nella gestione dei dati, in quanto assicura che il database funzioni in modo coerente e affidabile, rispettando le regole di business e di integrità dei dati.

SQL e Query

Una query è un’istruzione formulata attraverso un linguaggio di interrogazione, SQL (Structured Query Language), per recuperare o manipolare i dati dal database.

Una query può essere utilizzata per diverse operazioni: leggere dati specifici da una o più tabelle (SELECT), inserimento di nuovi dati (INSERT), aggiornamento di dati esistenti (UPDATE) o cancellazione di dati (DELETE).

Le query consentono anche l’esecuzione di operazioni più complesse, come il join tra tabelle per combinare dati correlati, l’ordinamento dei risultati (ORDER BY), il raggruppamento dei dati per determinati attributi (GROUP BY) e l’applicazione di funzioni aggregate (come COUNT, AVG, MAX, MIN).

Indici nei database relazionali

Gli indici in un database relazionale sono strutture ausiliarie che migliorano l’efficienza delle operazioni di ricerca e recupero dei dati.

Funzionano analogamente a un indice in un libro, fornendo un percorso rapido per localizzare specifiche informazioni.

Quando si crea un indice su una o più colonne di una tabella, il sistema di gestione del database (DBMS) costruisce una struttura di dati interna, solitamente un albero, che mantiene un riferimento ordinato ai valori delle colonne indicizzate e ai loro corrispondenti indirizzi di memorizzazione.

La presenza di un indice permette al database di trovare rapidamente i dati senza dover esaminare ogni riga della tabella, riducendo significativamente il tempo di accesso, specialmente in tabelle di grandi dimensioni.

Tuttavia, gli indici aggiungono un overhead nella manutenzione dei dati, poiché devono essere aggiornati ogni volta che i dati nelle colonne indicizzate vengono modificati. Pertanto, la selezione e l’uso degli indici richiedono un equilibrio tra miglioramento delle prestazioni di lettura e impatto sulle operazioni di scrittura.

Viste e viste materializzate

A differenza delle viste standard, che sono semplicemente query salvate il cui risultato viene calcolato al momento dell’esecuzione, le viste materializzate tengono fisicamente i dati risultanti in uno storage del database. Questo comporta una significativa riduzione del tempo di esecuzione per le query ripetute che richiedono l’elaborazione di grandi quantità di dati.

Le viste materializzate in un database relazionale sono un potente strumento che consente di pre-calcolare e memorizzare il risultato di una query complessa per un recupero dei dati più rapido.

Le viste materializzate sono particolarmente utili in scenari di data warehousing e in situazioni dove le query di aggregazione, come somme e medie, vengono eseguite frequentemente su grandi set di dati.

Trigger nei database relazionali

I trigger in un database relazionale sono procedure automatiche che vengono eseguite in risposta a specifici eventi su tabelle o viste, come inserimenti, aggiornamenti o cancellazioni.

Funzionano come listener di eventi che si attivano quando si verifica un’azione definita nel database. Quando un trigger viene attivato, può eseguire una serie di operazioni, come modificare dati in altre tabelle, eseguire controlli di validità, aggiornare indici o creare log delle attività.

I trigger sono utili per mantenere l’integrità dei dati, implementare regole di business complesse e automatizzare processi che altrimenti richiederebbero interventi manuali.

Tuttavia, l’uso dei trigger deve essere ben ponderato, poiché possono aumentare la complessità del database e avere impatti sulle prestazioni, specialmente se eseguono operazioni pesanti o sono attivati frequentemente.

Stored procedures

Le Stored Procedures, o Procedure Memorizzate, in un database relazionale sono insiemi di istruzioni SQL pre-compilate e salvate nel database stesso.

A differenza delle query eseguite dinamicamente, le stored procedures vengono compilate una sola volta e poi eseguite molteplici volte, migliorando le prestazioni.

Queste procedure possono contenere una o più istruzioni SQL e sono utilizzate per incapsulare la logica di business, per la manipolazione dei dati o per eseguire compiti ripetitivi e complessi.

Le stored procedures offrono vantaggi in termini di sicurezza, in quanto possono limitare l’accesso diretto alle tabelle e ridurre il rischio di attacchi di iniezione SQL.

Inoltre, permettono una maggiore modularità e riutilizzabilità del codice, facilitando la manutenzione e l’aggiornamento delle applicazioni.

Tuttavia, richiedono una gestione attenta, specialmente in ambienti con un elevato carico di transazioni, per evitare impatti negativi sulle prestazioni.

I database relazionali (RDBMS) più diffusi

I database relazionali più diffusi e utilizzati nel settore IT sono MySQL, PostgreSQL, Oracle Database, Microsoft SQL Server e SQLite.

MySQL è rinomato per la sua affidabilità e facilità di utilizzo, ed è una scelta popolare per applicazioni web.

PostgreSQL, noto per le sue avanzate funzionalità e per la compatibilità con gli standard SQL, è ideale per applicazioni complesse e sistemi che richiedono elaborazioni di dati robuste.

Oracle Database si distingue per le sue prestazioni elevate, la scalabilità e la suite completa di soluzioni per aziende di grandi dimensioni.

Microsoft SQL Server, integrato strettamente con l’ecosistema Microsoft, è preferito in ambienti Windows per la sua integrazione con altri prodotti Microsoft e per le sue funzionalità di business intelligence.

SQLite, infine, è un database leggero, utilizzato soprattutto in applicazioni mobili e in dispositivi embedded per la sua semplicità e basso overhead.

Ogni database ha le sue peculiarità e viene scelto in base alle specifiche esigenze del progetto e dell’ambiente in cui verrà utilizzato.

Gli esperti dei Database Relazionali

Le figure professionali che utilizzano i database relazionali sono diverse e spaziano in vari settori IT.

Tra queste, i Database Administrator (DBA) sono la figura più importante, poiché gestiscono, mantengono e garantiscono la sicurezza dei database, oltre a ottimizzarne le prestazioni.

Gli sviluppatori di software progettano e implementano database in base alle necessità aziendali, scrivendo codice per manipolare e interagire con i dati.

Gli analisti di dati e i data scientist utilizzano i database relazionali per estrarre, analizzare e interpretare grandi quantità di dati, trasformandoli in informazioni utili per le decisioni aziendali.

Inoltre, professionisti come gli analisti funzionali spesso interagiscono con i database relazionali durante l’analisi e la progettazione di sistemi informativi.

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