Урок 62 из 84 · Базы данных
Онтология
Содержание урока
Ключ к овладению принципами организации данных в реляционных базах лежит не в заучивании форм нормализации и изучении реляционной алгебры, а в понимании смыслов, которые лежат вне области программирования.
Программы, которые пишут программисты, всегда создаются под определённую предметную область. Например, бухгалтерский софт основывается на правилах ведения бухгалтерского учёта, а сайт для просмотра сериалов — на понятиях из телеиндустрии, таких как "сезон" или "эпизод". То же самое относится и ко всему остальному: бронирование авиабилетов, отелей, поиск туров, продажа/покупка недвижимости/автомобилей и так далее.
Понимание предметной области, для которой вы пишете программу, так же важно, как и умение программировать. Это не значит, что её нужно знать досконально — иногда область может быть по-настоящему сложной (например, та же бухгалтерия или технологическое производство), но общее понимание всё же требуется.
Для примера давайте возьмем школу, в которой все из нас учились. Вы отлично знаете, как там все устроено, то есть разбираетесь в предметной области. В первую очередь, для её понимания нужно выделить ключевые понятия, а именно сущности, вокруг которых строится вся логика. В школе основными сущностями являются: уроки, классы, ученики, учителя и директор. Этот список можно продолжать еще довольно долго. Но сущности не существуют сами по себе, они находятся в некоторых взаимоотношениях друг с другом. Например, в одном классе могут быть 20 учеников, у одного ученика может 10 учителей. Эти связи имеют конкретные названия. Например, в одной школе могут работать много учителей, но каждый учитель работает только в одной школе. Такая связь называется один ко многим (one-to-many или o2m). У одного учителя может быть много учеников, но и у одного ученика может быть много учителей. Такая связь уже называется многие ко многим (many-to-many или m2m). Реже встречается связь один к одному (one-to-one или o2o). Такая связь установлена между директором и школой, в одной школе может быть только один директор.
Описание объектов рассматриваемой области и связей между ними называется онтологией предметной области. Эту онтологию хорошо знают эксперты соответствующей области: в бухгалтерии — бухгалтер, в обучении — преподаватель. Но, в отличие от программистов, они часто представляют её на интуитивном уровне, неформально. На практике программисты (или бизнес-аналитики и менеджеры) общаются с заказчиками, которые могут сами выступать в роли экспертов и строят вместе с ними формальную онтологию (этот процесс происходит постоянно в процессе развития проекта и не выделяется в отдельный этап проектирования). То есть выделяют конкретные термины, договариваются о том, что они означают и как связаны друг с другом. Затем, используя ER-модель, программист формирует необходимую модель данных. Не обязательно на бумаге или в специализированных программах, чаще такая модель существует только в голове и коде.
Именно эта модель и становится основной для проектирования базы данных. Каждая сущность в реляционной базе данных представлена таблицей, а связи между сущностями реализуются через внешние ключи.
Entity-Relationship Diagram
В ERD, каждая сущность представлена блоком, в котором перечисляются поля. Между блоками рисуются линии, имеющие некоторые заранее определенные концы, они определяют тип связи между сущностями.
Далее мы подробнее рассмотрим каждый вид связи.
Виды связей
Один ко Многим (one2many)
Наиболее распространенный вид связи. Например, у одного человека может быть много машин, телефонов, ноутбуков и так далее (все вещи, находящиеся в индивидуальной собственности). Технически, такая связь организуется через внешний ключ, добавленный в зависимую сущность (ту, которая "many").
users
id first_name last_name created_at
1 Сергей Петров 11.10.2005
38 Иван Носов 03.08.2000
22 Виктор Пирогов 23.12.2011
emails
id user_id email
1 1 serj@gmail.com
2 1 petrov@mail.ru
10 38 ivan@yahoo.com
22 22 vkurg@indbox.com
Если мы хотим узнать все емейлы, которые есть у пользователя с идентификатором 1, то нужно выполнить такой запрос:
SELECT * FROM emails WHERE user_id = 1;
Один к Одному
Например, у каждой страны есть ровно одна столица:
countries
id name created_at
2 Kyrgyz Republic 11.10.2005
38 Spain 03.08.2000
22 Germany 23.12.2011
cities
id name country_id capital created_at
34 Bishkek 2 true 11.10.2005
33 Valencia 38 03.08.2000
99 Karakol 2 23.12.2011
4 Osh 2 23.12.2011
5 Berlin 22 true 23.12.2011
Связь o2o обычно существует не сама по себе, а внутри связи o2m. То есть у каждой страны есть города, но только один из них столица.
Многие ко многим (many2many)
many2many встречается очень часто:
- У каждого человека множество друзей, каждый человек друг для множества других.
- Один человек проходит множество курсов, один курс проходится множеством людей.
Эта связь реализуется уже не так просто. Технически невозможно связать две таблицы связью многие ко многим без введения третьей таблицы.
users
id first_name created_at
2 Сергей 11.10.2005
38 Иван 03.08.2000
22 Виктор 23.12.2011
courses
id name created_at
8 PHP basics 11.10.2005
55 Python basics 03.08.2000
22 Ruby basics 23.12.2011
course_members
id user_id course_id created_at
34 2 8 11.10.2005
33 38 55 03.08.2000
99 22 22 23.12.2011
4 22 8 23.12.2011
5 38 22 23.12.2011
Здесь исходные таблицы — это users и courses, а связующая — course_members. Она имеет свой первичный ключ, и каждая запись содержит ссылки как на конкретный курс, так и на конкретного пользователя. У нас в IT Академии эта таблица начинает заполняться в тот момент, когда Вы успешно проходите вступительный тест и подтверждаете свою заинтересованность в дальнейшем обучении. Для Вас создаётся запись с Вашим идентификатором и идентификатором курса, который Вы собрались проходить.
Если мы захотим узнать все курсы, которые проходит определенный пользователь, то выполним такой запрос:
SELECT course_id FROM course_members WHERE user_id = 3;
Если захотим узнать, кто проходит данный курс, то такой запрос:
SELECT user_id FROM course_members WHERE course_id = 3;
Такая структура соблюдается для любых двух сущностей, которые надо связать. В общем виде схема выглядит так: есть исходные таблицы A и B. Для них создаётся новая таблица AB, внутри которой есть два внешних ключа — a_id и b_id, которые связаны с исходными таблицами.
Как показывает жизнь, такая промежуточная таблица почти наверняка становится самостоятельной сущностью. Если брать курсы, то важно понимать, закончил ли пользователь курс или нет, хочется знать, когда конкретно он это сделал, сколько заданий решил и так далее. Вся эта информация может храниться только в одном месте, а именно в этой связанной таблице.
Дополнительные материалы
- [Онтология](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F_(%D0%B8%D0%BD%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0%29)