مدخل شامل إلى قواعد البيانات: كل ما تحتاج إلى معرفته

في أي مشروع برمجي ستعمل عليه أو أي مسار أكاديمي له علاقة بعلوم الحاسوب، ستجد أن قواعد البيانات مكون أساسي. ولكي نفهم ما هي قاعدة البيانات، يجب أن نؤسس لبعض المفاهيم الأساسية أولاً.

مفهوم تخزين البيانات (Storage)

أول مفهوم يجب أن نتناوله هو فكرة تخزين البيانات لاستخدامها لاحقًا. ببساطة، عند إنشاء أي نوع من المشاريع البرمجية، لا بد من وجود مساحة تخزين (Storage) لحفظ بعض البيانات للرجوع إليها فيما بعد.

أوضح مثال على ذلك هو عملية تسجيل الدخول (Login). لكي يتمكن المستخدم من تسجيل الدخول، يجب أن تُخزن بياناته—مثل الاسم وكلمة المرور—في مكان ما، حتى نتمكن من التحقق من وجوده في كل مرة يحاول فيها الدخول.

مثال آخر هو الإعدادات (Settings) التي يحفظها المستخدم في التطبيق أو الموقع الإلكتروني. هذه الإعدادات تُخزن في مكان معين. بدون هذا المكان لتخزين البيانات، سيفقد التطبيق ذاكرته مع كل استخدام جديد، وكأنه يسأل المستخدم في كل مرة: “من أنت؟ لم أرك من قبل”.

بالإضافة إلى هذه المهام الأساسية، هناك جانب مهم آخر وهو إعادة الاستهداف (Retargeting). عندما تسجل في موقع إلكتروني، غالبًا ما تستخدم بريدك الإلكتروني. لاحقًا، قد تصلك رسائل ترويجية عن منتجات أو عروض. يتم ذلك عن طريق تخزين بيانات العملاء المسجلين لإعادة استهدافهم بحملات تسويقية.

التخزين مقابل قواعد البيانات: ما الفرق؟

الآن بعد أن فهمنا أهمية وجود مكان لتخزين البيانات (Storage)، قد يتبادر إلى الذهن سؤال: هل التخزين (Storage) وقاعدة البيانات (Database) هما نفس الشيء؟

الإجابة هي لا، لكنهما يكملان بعضهما البعض ويعملان معًا. تظهر المشكلة الحقيقية عندما نتعامل مع كميات كبيرة من البيانات. تخيل أن لديك آلاف المستخدمين، وكل مستخدم لديه الكثير من البيانات. كيف يمكن التعامل مع كل هذه البيانات المكدسة فوق بعضها بفعالية؟

التحدي الأكبر يكمن في إعادة استخدام هذه البيانات. فبعد تخزينها، نحتاج إلى تنظيمها وإنشاء علاقات بينها، حتى نتمكن من الوصول إليها بسهولة وسرعة عند الحاجة. نحن بحاجة إلى نظام منظم، وهنا يأتي دور قواعد البيانات.

ما هي قاعدة البيانات؟

قاعدة البيانات، ببساطة، هي هيكل تنظيمي لتخزين البيانات في وحدة التخزين (Storage). هذا الهيكل التنظيمي يسهل عمليات إدخال، استرجاع، تعديل، وحذف البيانات بسرعة وكفاءة وأمان.

الفكرة هي تنظيم البيانات وإنشاء علاقات منطقية بينها، مما يسهل استخراجها وإجراء العمليات عليها لاحقًا.

مثال توضيحي: بيانات طالب

للتوضيح، لنأخذ مثال طالب في مدرسة. البيانات التي قد نحتاج إلى تخزينها عنه في النظام تشمل: اسمه، عمره، فصله، مستواه الدراسي، تقييمات الشهر، ودرجات السنوات السابقة.

كل هذه البيانات تخص طالبًا واحدًا، وليكن اسمه “محمد عبد العظيم”. لربط كل هذه المعلومات معًا، نستخدم معرفًا فريدًا (Unique ID)، مثل الرقم الطلابي 13567. هذا المعرف الفريد لا يتكرر لأي طالب آخر في قاعدة البيانات.

بهذه الطريقة، نكون قد ربطنا كل بيانات الطالب ببعضها عبر هذا المعرف.

العلاقة بين قاعدة البيانات والتخزين

لنفترض أننا نريد تخزين معلومة إضافية عن الطالب محمد، وهي ملف فيديو له وهو يعزف على الكمان. كيف يتم تخزين ذلك؟

في هذه الحالة، ما يتم تخزينه في قاعدة البيانات ليس الفيديو نفسه، بل رابط (Link) يؤدي إلى مكان الفيديو في وحدة التخزين (Storage).

إذًا، قاعدة البيانات هي طبقة تنظيمية تعمل فوق وحدة التخزين، وتدير البيانات التي يتم حفظها واسترجاعها منها. هذه هي العلاقة بينهما.

العمليات الأساسية: CRUD

هناك مصطلح شائع جدًا في مجال البرمجة ستصادفه كثيرًا، وهو عمليات CRUD.

العمليات الأساسية التي يمكن إجراؤها على أي قاعدة بيانات تم تصنيفها في أربع عمليات رئيسية، وهي اختصار لكلمة CRUD:

• Create (إنشاء): إضافة بيانات جديدة.
• Read (قراءة): استرجاع البيانات الموجودة.
• Update (تعديل): تحديث بيانات قائمة.
• Delete (حذف): إزالة البيانات.

هذه هي العمليات الأربع التي ستنفذها بأشكال مختلفة، ولكنها تظل الأساس لأي تفاعل مع قاعدة البيانات.

كيف ننفذ هذه العمليات؟ لغة SQL

قد تتساءل الآن: كيف يمكنني تنفيذ عمليات CRUD هذه؟

يتم ذلك من خلال الاستعلامات (Queries) باستخدام لغة SQL (Structured Query Language)، أو “لغة الاستعلامات الهيكلية”.

ببساطة، أنت تكتب استعلامًا بلغة SQL لتطلب من قاعدة البيانات تنفيذ إجراء معين. على سبيل المثال، إذا أردت تعديل اسم طالب من “محمد” إلى “أيمن” في جدول معين بناءً على معرّفه (ID)، قد تكتب استعلامًا كالتالي:

UPDATE Students
SET first_name = 'أيمن'
WHERE student_id = 13567;

إذًا، عمليات CRUD هي “ماذا” نريد أن نفعل، ولغة SQL هي “كيف” ننفذ ذلك.

مقاييس جودة قواعد البيانات: ACID

للحكم على كفاءة وموثوقية قاعدة البيانات، نستخدم مجموعة من المبادئ تُعرف اختصارًا بـ ACID. هذه المبادئ الأربعة أساسية لفهم كيفية عمل قواعد البيانات القوية. وهي كالتالي:

• A - Atomicity (الوحدوية): ينص هذا المبدأ على أن مجموعة العمليات المترابطة (المعاملة Transaction) يجب أن تُنفذ بالكامل كوحدة واحدة، أو لا تُنفذ على الإطلاق. مثال: في المعاملات البنكية، عند تحويل مبلغ من حساب إلى آخر، تتضمن العملية سحبًا من الحساب الأول وإيداعًا في الحساب الثاني. يجب أن تنجح العمليتان معًا. إذا فشلت إحداهما لأي سبب، يتم التراجع عن العملية بأكملها، وكأن شيئًا لم يحدث.

• C - Consistency (الاتساق): يعني أن البيانات يجب أن تكون في حالة متسقة وصحيحة قبل وبعد تنفيذ أي معاملة. يجب أن تتبع البيانات جميع القواعد والقيود المحددة. مثال: إذا كان هناك حقل مخصص للعمر، فلا يجب أن يقبل قيمًا نصية أو أرقامًا سالبة.

• I - Isolation (العزل): يضمن هذا المبدأ أن المعاملات المتزامنة (التي تحدث في نفس الوقت) معزولة عن بعضها البعض. نتائج معاملة غير مكتملة لا يجب أن تكون مرئية لمعاملات أخرى. مثال: إذا كان شخص يحجز مقعدًا في طائرة، وفي نفس الوقت يستعلم شخص آخر عن المقاعد المتاحة، فإن عملية الاستعلام لن ترى المقعد محجوزًا إلا بعد اكتمال عملية الحجز بنجاح.

• D - Durability (المتانة): يعني أنه بمجرد أن يتم إعلام المستخدم بنجاح اكتمال المعاملة، فإن التغييرات الناتجة عنها تكون دائمة ومحفوظة بشكل آمن، حتى في حالة حدوث فشل في النظام. مثال: بعد أن تتلقى تأكيدًا بحجز مقعدك في الطائرة، يجب أن يظل هذا الحجز قائمًا بشكل دائم ولا يمكن أن يضيع.

أنواع قواعد البيانات

نصل إلى السؤال الأخير: ما هي أنواع قواعد البيانات؟ ببساطة، يمكن تقسيمها إلى نوعين أساسيين:

1. قواعد البيانات العلاقية (Relational Databases - SQL)

هذا النوع من قواعد البيانات ينظم البيانات في جداول (Tables) تتكون من صفوف وأعمدة، مع وجود علاقات محددة بين الجداول المختلفة. أمثلة شائعة: MySQL, PostgreSQL, SQL Server.

2. قواعد البيانات غير العلاقية (Non-relational Databases - NoSQL)

هذا النوع لا يستخدم هيكل الجداول التقليدي، بل يخزن البيانات في أشكال مختلفة مثل المستندات (Documents)، أو أزواج المفتاح-القيمة (Key-Value)، أو هياكل شجرية (Tree structures). أمثلة شائعة: MongoDB, Redis, Cassandra.

كيف تتعلم قواعد البيانات؟

إذا كنت ترغب في التعمق في دراسة قواعد البيانات، خاصة لبناء أنظمة كبيرة ومعقدة، فمن المستحسن قراءة الكتب المتخصصة التي تشرح المفاهيم بعمق.

أما إذا كان لديك مشروع صغير وتريد إنجازه بسرعة، يمكنك البدء بتعلم أساسيات عمليات CRUD ولغة SQL. هناك العديد من المصادر التعليمية والمقالات التي تجمع هذه الأساسيات وتساعدك على البدء بسرعة. ولكن، من المهم أن تعود لاحقًا لتعميق فهمك للمفاهيم المتقدمة.

خاتمة

في الختام، نؤكد أن قواعد البيانات جزء لا يتجزأ من أي مشروع تقني ستعمل عليه، سواء كان عملك في تطوير تطبيقات أندرويد، الويب (واجهات أمامية أو خلفية)، أو حتى في تحليل البيانات. التعامل مع قواعد البيانات مهارة لا غنى عنها. لذلك، من المهم أن تبدأ في تعلمها بطريقة صحيحة ومنهجية.