Elegir la base de datos apropiada constituye una etapa fundamental en la creación de cualquier aplicación web y de software. Las bases de datos (DB) son información estructurada que se almacena en hojas de cálculo vinculadas. Las bases de datos se pueden encontrar en bancos, bibliotecas y, en general, en cualquier lugar donde haya demasiados datos para procesarlos manualmente.
Tipos de Bases de Datos
Según la estructura y método de enlace, los tipos de bases de datos son: relacionales, no relacionales, jerárquicas y orientadas a objetos. Para gestionar los datos de una base de datos se utiliza un DBMS (sistema de gestión de bases de datos). Existe un DBMS para los diferentes tipos de bases de datos.
Bases de Datos Relacionales
Las bases de datos relacionales son un tipo de sistema de almacenamiento de información que organiza la información en tablas compuestas por filas y columnas. El modelo facilita la consulta y manipulación mediante lenguajes como SQL (Structured Query Language). Son ideales para aplicaciones donde la integridad de los datos y las relaciones estructuradas son esenciales, como en sistemas financieros, de gestión empresarial o plataformas de comercio electrónico. Los registros y las relaciones entre ellos se organizan mediante tablas, donde estas tablas cuentan con un campo de clave externa con enlaces a otras tablas. Debido a la alta organización y flexibilidad de la estructura, las bases de datos relacionales se utilizan para muchos tipos de datos.
Los DBMS de mayor popularidad entre analistas y desarrolladores son:
- MySQL: Destaca por su velocidad en operaciones de lectura, su capacidad para ofrecer portabilidad a través de varias herramientas y la seguridad de su conectividad.
- PostgreSQL: Un DBMS relacional de objetos que se utiliza para sitios web, servicios y plataformas. Es de acceso libre y soporta muchos lenguajes de programación.
- Servidor SQL: El DBMS óptimo para los sistemas operativos de Windows, pero al mismo tiempo compatible con Linux.
- MariaDB: MariaDB optimiza las consultas, brinda seguridad para aplicaciones web y garantiza un alto rendimiento.
- Base de datos Oracle: Un DBMS relacional de objetos creado por el líder del mercado del mismo nombre.
Bases de Datos No Relacionales (NoSQL)
Son sistemas de almacenamiento diseñados para manejar grandes volúmenes de datos no estructurados, semi-estructurados o estructurados de manera flexible. Este grupo también se denomina NoSQL porque son bases de datos que requieren consultas distintas de SQL. Existen varios tipos, como bases de documentos, clave-valor, de grafos y en columnas, ideales para aplicaciones en tiempo real, análisis de big data, redes sociales y servicios en la nube. Pueden ser relacionales o no relacionales y se utilizan comúnmente en aplicaciones empresariales, servicios en la nube y plataformas globales.
Aquí una lista de los DBMS de bases de datos no relacionales más populares:
- MongoDB: Puede manejar datos sin estructura y cambiantes, posee una alta velocidad de lectura y tiene fácil escalabilidad horizontal.
- Cassandra: Es adecuado para trabajar con grandes volúmenes de datos.
Tipos de Bases de Datos NoSQL
- Bases de datos de valores clave: En estas bases de datos, los datos se almacenan bajo claves, de modo que sólo sea posible acceder a un “objeto” de la base de datos, como una imagen o un texto, ingresando una clave.
- Bases de datos de gráficos: Las relaciones en las bases de datos de gráficos se indican mediante nodos, aristas y propiedades. Los registros en estas bases de datos pueden tener cualquier número de propiedades asociadas. A diferencia de las tradicionales, las bases de grafos permiten consultas rápidas sobre conexiones, sin necesidad de unir múltiples tablas.
- Bases de datos de columnas: Al igual que las relacionales, estas bases de datos almacenan datos en forma de tablas. Sin embargo, la estructura de las columnas no está estrictamente regulada; es decir, pueden agruparse en familias con un formato específico. Además, las filas de una familia de columnas tienen identificadores únicos.
Bases de Datos Jerárquicas
La estructura más simple, donde los registros se ramifican desde una inscripción “padre”, es la del tipo jerárquico. En las estructuras jerárquicas cada registro tiene una conexión física sólo con uno anterior, y las relaciones de muchos a muchos son imposibles. Organizan la información en una estructura de árbol, donde cada registro tiene un único registro padre y puede tener varios registros hijos. Son muy buenas para consultas rápidas en grandes volúmenes de datos estructurados de forma similar. Sin embargo, su rigidez limita la flexibilidad en casos de relaciones complejas.
Dos ejemplos de bases de datos jerárquicas son:
- Information Management System: Es un sistema de administración especialmente diseñado para gestionar grandes volúmenes de datos dispuestos en estructuras jerárquicas.
- ADABAS: Se utiliza en aplicaciones donde el rendimiento es crítico, como sistemas de procesamiento de transacciones en tiempo real.
Bases de Datos de Red
A diferencia de una estructura jerárquica, en las bases de datos del tipo red cada entrada puede tener más de un padre. Las DB del tipo red no son un gráfico en forma de árbol, sino un gráfico general. Por ejemplo, en una base de datos que contiene recetas de bebidas con café, es posible crear un gráfico donde “capuccino” esté asociado con “espresso” y “leche”, y “espresso” esté asociado con “granos de café” y “agua”.
Bases de Datos Orientadas a Objetos
Estas son bases de datos donde la información sobre cosas reales se presenta como objetos bajo un único identificador. El estado de un objeto se describe mediante atributos y su comportamiento se describe mediante un conjunto de métodos. De este modo, los objetos con los mismos atributos y métodos forman clases. Un objeto en programación orientada a objetos se crea como una entidad separada con sus propiedades y métodos de operación. Una vez que se crea un objeto, se le puede llamar por su “nombre” o código, en lugar de tener que desarrollarlo todo de nuevo. Almacenan la información en forma de objetos, como en la programación orientada a objetos. Es ideal para aplicaciones que manejan multimedia, diseño asistido por computadora (CAD), simulaciones o sistemas geoespaciales. A diferencia de las bases relacionales, eliminan la necesidad de convertir datos en formatos tabulares.
Los DBMS de bases de datos orientados a objetos más populares son:
- db4o: Su simplicidad y fácil uso elimina la necesidad de escribir código SQL o crear mapeos objeto-relacionales, entre otras ventajas como su rendimiento en operaciones de lectura y su diseño intuitivo.
- ObjetoDB: Destaca por su capacidad para gestionar objetos complejos y relaciones de manera natural.
Consideraciones Adicionales
Factores como el tipo de datos, el volumen de información y la frecuencia de acceso deben guiar la selección. Para garantizar la seguridad, se deben implementar medidas como el cifrado de datos, el control de acceso basado en roles, y la autenticación multifactor. También es fundamental realizar auditorías y monitoreos periódicos para detectar posibles vulnerabilidades. El monitoreo involucra la supervisión constante de métricas como el tiempo de respuesta, el uso de recursos y el estado de las conexiones para detectar posibles problemas antes de que afecten el sistema. La optimización del rendimiento incluye prácticas como la indexación adecuada de las tablas, la optimización de las consultas SQL para reducir tiempos de respuesta, y la utilización de cachés para mejorar la accesibilidad. El personal debe tener conocimientos profundos en diseño, implementación y mantenimiento de bases de datos, así como habilidades en resolución de problemas y optimización.
Ejemplo de Uso en Empresas
Los establecimientos de restauración suelen tener programas de lealtad para sus clientes, sistemas que comúnmente funcionan para acumular bonificaciones que podrán utilizarse para pagar futuras compras. Si la lista de empleados es pequeña, seguramente los datos se podrán escribir en una tabla. Pero incluso con esta posibilidad, esta nunca será la forma más segura de almacenarlos. Además, no solo se registran los datos personales, sino los documentos de cada empleado, como tarjetas médicas y cuentas de nómina. Si el sitio es un poco más que una tarjeta de presentación, en su mecánica interna existe una base de datos.
SQL: Lenguaje de Consulta Estructurado
SQL ("Structured Query Language") es un lenguaje para realizar consultas en BD relacionales. También se les llama SQL, al ser un lenguaje de programación utilizado para crear, transformar y administrar datos en bases de datos relacionales. Un schema SQL es identificado por un nombre de schema, e incluye un identificador de autorización que indica el usuario dueño del schema, así como los descriptores para cada elemento en el schema. Los elementos del schema incluyen las tablas, vistas, dominios y otros constructores que describen el schema. La instrucción CREATE SCHEMA es usada para crear un nuevo schema. La instrucción CREATE TABLE es usada para especificar una nueva relación, dándole un nombre y especificando sus atributos y restricciones. A cada atributo se le da un nombre, un tipo de datos (para especificar su dominio de valores) y opcionalmente algunas restricciones. También se puede agregar explícitamente el nombre del schema a cada tabla, separado por un punto.
Tipos de Datos en SQL
Los tipos de datos disponibles para los atributos incluyen: numérico, tira de caracteres, caracter, fecha y hora. Los tipos numéricos pueden incluir números enteros de varios tamaños (INT y SMALLINT), números reales de varias precisiones (FLOAT, REAL, DOUBLE PRECISION). Además se pueden declarar números con formato, usando DECIMAL(i,j). Las tiras de caracteres pueden ser de largo fijo (CHAR(n)) o de largo variable (VARCHAR(n), donde n es el máximo número de caracteres). La fecha tiene 10 posiciones, típicamente AAAA-MM-DD. La hora tiene al menos 8 posiciones, típicamente HH:MM:SS.
Restricciones en SQL
Debido a que SQL permite el "NULL" (nulo) como valor de sus atributos, es necesario especificar la restricción "NOT NULL" para los atributos que no permiten este valor (por violaciones de integridad). La cláusula PRIMARY KEY especifica uno o más atributos que forman la llave primaria de la relación. La cláusula UNIQUE especifica llaves alternas. Como se discutió en secciones anteriores, las restricciones de integridad referencial pueden ser violadas cuando las tuplas son insertadas o borradas, o cuando se cambia el valor de un atributo que es llave foránea. Al crear el schema es posible especificar las acciones a ser tomadas cuando una restricción de integridad referencial es violada, ya sea por borrado de una tupla referenciada en otra tabla, o por modificación del valor de una llave primaria referenciada en otra tabla. Estas acciones son: ON DELETE (cuando la tupla se borra) y ON UPDATE (cuando la tupla se modifica), que pueden tener las opciones: SET NULL (ponga en nulo), CASCADE (actualice todas las referencias "en cascada"), y SET DEFAULT (ponga el valor por defecto).
Operaciones SQL
SQL tiene una instrucción principal para recuperar información de una base de datos: el comando SELECT. Esta instrucción tiene muchas opciones. En SQL existe una operación UNION que regresa la unión (como en conjuntos) de relaciones, es decir, regresa todas las tuplas que aparecen en alguna de las relaciones. Las tuplas duplicadas son eliminadas del resultado, a menos que se especifique la cláusula ALL después de la operación.
Conclusión
Es importante notar que la elección correcta de la base de datos deberá basarse en las necesidades específicas de tu aplicación para garantizar un rendimiento óptimo, una gestión eficiente de los datos y la mejor adaptabilidad a los requisitos cambiantes.
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