Владстон Феррейра Фило - Теоретический минимум по Computer Science [Все что нужно программисту и разработчику]

Рис. 6.10.Пример фрагментации базы данных. Запросы направляются согласно первой букве в запрашиваемом ID

Рис. 6.11.Фрагментированная база данных с тремя репликами на фрагмент

В таком случае каждый фрагмент выполняется кластером «ведущий — ведомый». Это еще более увеличивает возможность СУБД обслуживать запросы на чтение. И если один из главных серверов во фрагменте отключается от сети, ведомое устройство автоматически занимает его место — это гарантирует, что система не развалится и не потеряет данные.

Обновления в распределенных базах данных с репликацией, выполняемые на одной машине, не распространяются немедленно по всем копиям. Проходит некоторое время, пока все компьютеры в кластере синхронизируются. Это может нарушить непротиворечивость ваших данных.

Предположим, вы продаете на сайте билеты в кино. Трафик слишком большой, поэтому база данных распределена на два сервера. Элис приобретает билет на сервере А. Боб обслуживается сервером Б и видит тот же самый свободный билет. Прежде чем информация о покупке Элис дойдет до сервера Б, Боб тоже заплатит за этот билет. Теперь два сервера имеют противоречивость в данных. Чтобы исправить ситуацию, вам придется отменить одну из продаж и принести извинения либо недовольной Элис, либо недовольному Бобу.

Системы баз данных часто содержат инструменты для снижения противоречивости данных. Например, где-то вам позволяют делать запросы, которые обеспечивают соблюдение непротиворечивости данных по всему кластеру. Однако это уменьшает производительность СУБД. В особенности сказанное касается транзакций: они могут вызывать серьезные проблемы производительности в распределенных базах данных, поскольку вынуждают выполнять координацию всех машин в кластере с блокировкой потенциально больших объемов информации.

Есть компромиссное решение между непротиворечивостью и производительностью. Если ваши запросы к БД не требуют соблюдения строгой непротиворечивости данных, то говорят, что они работают в условиях потенциальной непротиворечивости . Данные гарантированно будут непротиворечивыми в конечном счете — то есть через какое-то время. Это означает, что некоторые запросы на запись, вероятно, будут отклонены, а некоторые запросы на чтение могут вернуть устаревшую информацию.

Во многих случаях работа с потенциальной непротиворечивостью не вызывает особых проблем. Например, ничего страшного, если на странице вашего продукта отображается 284 отзыва вместо 285, потому что один из них был сделан только что.

Многие базы данных хранят географическую информацию, такую как расположение городов или многоугольников, описывающих государственные границы. Транспортным приложениям, возможно, потребуется схема соединений автотрасс, железных дорог и станций. Бюро переписи населения нужно хранить в картографической форме тысячи переписных районов вместе с данными переписи по каждому из них.

Что интересно в таких базах данных, так это выполнение запросов в отношении пространственной информации. Например, если вы руководите службой скорой помощи, то вам нужна база данных с расположением больниц в районе. Ваша СУБД должна уметь быстро выдавать ближайшую больницу относительно любого заданного местоположения.

Такие приложения ознаменовали разработку специальных СУБД, которые называются географическими информационными системами (ГИС). Они содержат поля, специально предназначенные для географических данных: PointField (точка), LineField (прямая), PolygonField (многоугольник) и т. д. И они способны выполнять пространственные запросы в этих полях. По ГИС рек и городов вы можете непосредственно делать запросы такого рода: «Города в пределах 10 миль от реки Миссисипи, упорядоченные по численности населения» . ГИС использует пространственные индексы, и поэтому поисковые запросы по пространственной близости осуществляются очень эффективно.

Рис. 6.12.Медианный возраст в США [66] По данным https://census.gov .

Эти системы даже позволяют определять пространственные ограничения. Например, в таблице, хранящей информацию по земельным участкам, можно установить ограничение, что никакие два участка не должны перекрываться. Это оградит агентства по земельному кадастру от колоссального количества проблем.

Многие общецелевые СУБД предоставляют ГИС-расширения. Всегда, когда вам приходится иметь дело с географическими данными, убедитесь, что вы используете ядро базы данных с поддержкой ГИС, и применяйте ее функционал для создания более умных запросов. ГИС-приложения часто используются в ежедневной жизни, например, в GPS-навигаторах вроде Google Maps или Waze.

Как хранить данные за пределами БД в формате, совместимом с разными системами? Например, мы можем захотеть продублировать данные либо экспортировать их в другую систему. С этой целью данные должны пройти процесс сериализации , в ходе которого они будут преобразованы согласно формату кодирования. Получившийся файл прочитает любая система, поддерживающая этот формат. Давайте кратко пройдемся по нескольким форматам, которые широко используются для сериализации данных.

SQL— наиболее распространенный формат сериализации реляционных баз данных. Мы пишем серию команд SQL, которые воспроизводят базу данных и все ее детали. Большинство реляционных систем баз данных содержат команду DUMP для создания SQL-сериализированного дампа базы данных. Они также содержат команду RESTORE для загрузки такого файла дампа назад в СУБД.

XML— это еще один способ представить структурированные данные, но он не зависит от реляционной модели или реализации СУБД. Формат XML создавался для совместимости с разнообразными вычислительными системами и описания структуры и сложности данных. Некоторые говорят, что XML был разработан учеными, не понимавшими, что их творение не очень практично.

JSON— это формат сериализации, к которому все больше сходятся разработчики во всем мире. Он может представлять реляционные и нереляционные данные интуитивно понятным для программистов образом. Существует много расширений JSON: BSON (двоичный JSON) дает максимальную эффективность обработки данных; JSON-LD привносит в JSON мощь XML-структуры.