Hierarhiskais datubāzes modelis: kas tas ir, struktūra un piemēri

Uzzini, kas ir hierarhiskais datubāzes modelis, tā struktūra, priekšrocības un reāli piemēri (IMS, Windows reģistrs) — saprotami un praktiski skaidrojumi.

Hierarhiskais datubāzes modelis ir datu modelis, kurā dati ir sakārtoti kā koks. Struktūra ļauj atkārtot informāciju, izmantojot vecāku/bērnu attiecības: katram vecākam var būt daudzi bērni, bet katram bērnam ir tikai viens vecāks. Visi konkrēta ieraksta atribūti ir uzskaitīti pie būtnes tipa.

Ko tas nozīmē praksē

Datu bāzē būtnes tips ir tabulas ekvivalents; katrs atsevišķs ieraksts tiek attēlots kā rinda, bet atribūts - kā sleja. Entitāšu tipi ir savstarpēji saistīti, izmantojot 1: N kartēšanu, kas pazīstama arī kā "viens ar daudziem" attiecības. Pie šī modeļa dabiskiem piemēriem pieder hierarhijas kā organizācijas struktūra, failu sistēmas mapes un XML dokumentu koku struktūra.

Pazīmes un darbības princips

• Sakņu un mezglu modelis: dati sākas ar vienu sakni (root) un sadalās mezglos (nodes). Katrs mezgls var saturēt atribūtus un saites uz bērnmezgliem.
• Vienas saistības ierobežojums: katram bērnam ir tikai viens tiešais vecāks, tāpēc tiešās vairākas vecāku attiecības (M:N) nav iespējamas bez datu dublikācijas vai papildu mehānismiem.
• Navigācija: piekļuve datiem parasti notiek, ejot pa koku no saknes uz vajadzīgo mezglu (top-down). Daudzi hierarhiskie datubāzu risinājumi izmanto rādītājus vai adreses, lai nodrošinātu ātru pārvietošanos.
• Skema: modeļa shēma (struktūra) parasti ir stingra — pievienojot jaunus mezglus vai mainot struktūru, nepieciešamas shēmas pārskatīšanas un migrācija.

Priekšrocības

• Augsta veiktspēja gadījumos, kad pieprasījumi precīzi atbilst hierarhiskajai struktūrai (piem., visiem nodaļas darbiniekiem).
• Vienkārša un intuitīva datu attēlošana reālām hierarhijām (organizācijas, dokumentu koku struktūras).
• Efektīva vietas izmantošana, ja ieraksti tiek glabāti un meklēti pēc hierarhiskiem ceļiem.
• Vienkārša integritātes pārbaude attiecībā uz vecāku/ bērnu saistībām (nav daudzveidīgu saikņu).

Trūkumi

• Elastības trūkums: ja nepieciešams attēlot sarežģītākas attiecības (piem., daudzi-pret-daudziem), tiek prasīta datu dublikācija vai sarežģīti apstrādes risinājumi.
• Grūti veikt rekonstrukcijas: pārvietot mezglu zem cita vecāka vai mainīt hierarhiju var būt sarežģīti un dārgi, jo jāatjaunina daudz saišu.
• Sliktāka piemērotība dinamiskām struktūrām: ja hierarhija bieži mainās, hierarhiskais modelis nav optimāls.
• Atbalsta trūkums dažu pieprasījumu tipiem: sarežģītu vaicājumu izpilde (piem., savienojumi starp dažādām zarām) var būt lēna un sarežģīta.

Piemēri un lietojumi

• IMS un Windows reģistrs: Vispazīstamākās un visvairāk izmantotās hierarhiskās datubāzes ir IBM izstrādātā IMS un Microsoft izstrādātais Windows reģistrs.
• Failu sistēmas: mapes un faili tradicionālajās operētājsistēmās ir hierarhiski sakārtoti.
• XML un XPath: XML dokumenti ir dabiskas koku struktūras piemērs; XPath un līdzīgi meklēšanas mehānismi ļauj navigēt pa šo koku.
• Adresātu/dir struktūras (LDAP): direktoriju serveri izmanto hierarhisku pieeju, lai organizētu lietotājus un resursus.
• Organizācijas diagrammas: uzņēmuma vadības struktūras, nodaļu un apakšnodaļu dati bieži tiek glabāti hierarhiski.

Salīdzinājums ar citiem datu modeļiem

• Relāciju modelis: relāciju datubāzes ļauj elastīgāk definēt attiecības (1:1, 1:N, M:N) ar normalizāciju, bet hierarhiskais modelis parasti ir ātrāks konkrētu ceļveida vaicājumu izpildē.
• Tīkla modelis: tīkla modelis (network model) atļauj vienam bērnam piederēt vairākiem vecākiem, t.i., tas ir elastīgāks par striktu hierarhiju, taču sarežģītāks pārvaldībā.
• Dokumentu/NoSQL modeļi: daudzi mūsdienu NoSQL risinājumi (dokumentu bāzes, grafu bāzes) labāk atbalsta dinamiskas vai sarežģītas attiecības nekā tradicionālais hierarhiskais modelis.

Praktiskas pārdomas pirms izvēles

• Izvēlieties hierarhisko modeli, ja jūsu dati dabiski veido stabiņu/koku struktūru un pieprasījumi parasti navigē no augšas uz leju.
• Ja nepieciešamas daudzpusīgas vaicājumu kombinācijas, bieži labāka izvēle ir relāciju vai grafu datubāze.
• Plānojiet shēmu rūpīgi: izmaiņas hierarhijā var prasīt lielas migrācijas un dublēšanu.
• Apsveriet hibrīdas pieejas: dažkārt lietderīgi glabāt hierarhiskus datus dokumentu bāzēs (piem., JSON/XML) vai izmantot indeksus, lai paātrinātu piekļuvi noteiktiem zarojumiem.

Kopumā hierarhiskais datubāzes modelis ir vienkāršs un efektīvs risinājums konkrētiem uzdevumiem, taču tā ierobežojumi jāpārdomā, ja dati un vaicājumi kļūst sarežģīti vai dinamiski.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir hierarhisks datu bāzes modelis?

J: Kā hierarhiskā datubāzes modelī ir atļauts atkārtot informāciju?

J: Kas ir entītijas tips datubāzē?

J: Kā datu bāzē tiek attēlots katrs atsevišķs ieraksts?

J: Kā datu bāzē esību tipi ir savstarpēji saistīti?

J: Kādas ir visatzītākās un visvairāk izmantotās hierarhiskās datubāzes?

J: Kāda ir atšķirība starp vecāku un bērnu hierarhiskās datubāzes modelī?

Meklēt pēc burta