Introduction aux Bases de Données Relationnelles

par birnou · 24 avril 2022

Les bases de données relationnelles sont des systèmes organisés autour de la notion de tables, où chaque table représente une entité, telle qu’un client, un produit ou une commande. Ces entités sont liées entre elles par des relations logiques, d’où le nom de « relationnel ». MySQL et MariaDB sont des systèmes de gestion de bases de données (SGBD) qui permettent de créer, gérer et manipuler ces données de manière efficace et fiable. Le modèle relationnel a été conçu pour maintenir l’intégrité et la cohérence des données tout en offrant une méthode flexible de requête. L’idée est de garantir que les données restent fiables même lorsque plusieurs utilisateurs accèdent ou modifient simultanément ces données.

Les bases de données relationnelles sont composées de plusieurs tables qui sont reliées par des clés, généralement des clés primaires et étrangères. Cela permet de modéliser des systèmes complexes tout en évitant la redondance des informations. Par exemple, une table « Clients » peut être reliée à une table « Commandes », chaque client ayant plusieurs commandes enregistrées.

Concept de Tables Relationnelles

Dans une base de données relationnelle, une table est une collection d’informations organisée en lignes et en colonnes. Chaque colonne, également appelée attribut, représente un type de donnée (par exemple, le nom du client, l’adresse, le numéro de téléphone), et chaque ligne représente un enregistrement unique (par exemple, un client spécifique).

La définition d’une table dans une base de données relationnelle commence par déterminer ses colonnes et les types de données associés à chacune d’elles. Chaque colonne représente une catégorie d’information spécifique. Par exemple, la table Clients pourrait inclure une colonne client_id de type ENTIER (INT), utilisée pour identifier de manière unique chaque client. La colonne nom, quant à elle, pourrait être de type VARCHAR pour stocker des chaînes de caractères, tandis que la colonne adresse serait également en VARCHAR pour enregistrer les adresses des clients. Les types de données doivent toujours être adaptés au type d’information qu’ils contiennent. Ainsi, on utilisera VARCHAR pour les textes comme les noms ou adresses, INT pour les nombres, et DATE pour les dates, permettant ainsi à la base de données de valider et d’organiser les données efficacement. Par exemple, un numéro de téléphone pourrait être enregistré sous forme de VARCHAR si l’on souhaite préserver des formats spécifiques (tels que « +33-123-4567 »).

La structure d’une table peut être définie par des commandes SQL comme suit :

CREATE TABLE Clients (
    client_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    nom VARCHAR(50) NOT NULL,
    adresse VARCHAR(100),
    telephone VARCHAR(15)
);

Cela peut également être fait en utilisant PHPMyAdmin, où l’on peut définir chaque colonne à partir d’une interface utilisateur graphique, en sélectionnant les types de données et les attributs (comme « NOT NULL » pour indiquer qu’une colonne ne doit pas contenir de valeurs vides).

Clés Primaires et Étrangères

Les clés jouent un rôle crucial dans les bases de données relationnelles. Une clé primaire est utilisée pour identifier chaque enregistrement de manière unique dans une table. Par exemple, dans la table Clients, la colonne client_id est souvent définie comme clé primaire. Cela garantit que chaque client est identifié par un ID unique et évite les doublons.

Une clé étrangère est une colonne qui établit une relation entre deux tables, garantissant la cohérence des données entre elles. Par exemple, dans la table Commandes, la colonne client_id fait référence à la colonne client_id de la table Clients. Cette relation permet de savoir quel client a passé quelle commande, et de maintenir l’intégrité référentielle des données :

CREATE TABLE Commandes (
    commande_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    client_id INT,
    date_commande DATE,
    montant DECIMAL(10, 2),
    FOREIGN KEY (client_id) REFERENCES Clients(client_id)
);

Il est toutefois important de noter que la prise en charge des clés étrangères dépend du moteur de stockage utilisé. Dans MySQL/MariaDB, le moteur InnoDB est celui qui supporte pleinement les contraintes de clés étrangères, ainsi que les propriétés ACID (Atomicité, Cohérence, Isolation, Durabilité), garantissant une intégrité stricte des données. En revanche, le moteur MyISAM ne prend pas en charge les clés étrangères, ce qui peut poser des problèmes de cohérence lorsque des relations doivent être maintenues. MyISAM est plus performant dans certaines opérations de lecture intensive, mais il n’offre pas les mêmes garanties en termes de cohérence des données que InnoDB.

Lors de la création d’une table dans PHPMyAdmin, il est essentiel de sélectionner le moteur InnoDB si l’on souhaite définir des relations entre les tables avec des clés étrangères. Cela permet d’assurer que les relations entre les données soient correctement gérées, empêchant, par exemple, de supprimer un client s’il a des commandes actives, à moins que des règles de suppression (ON DELETE) soient définies.

Pour une comparaison plus approfondie des moteurs InnoDB et MyISAM, ainsi qu’une présentation des autres moteurs de stockage disponibles pour MySQL, nous vous invitons à consulter les articles suivants :

InnoDB vs MyISAM : Cet article compare en détail les caractéristiques, avantages, et inconvénients de ces deux moteurs de stockage, afin de mieux comprendre quand et pourquoi utiliser l’un ou l’autre.
Les Principaux Moteurs de Stockage pour MySQL : Cet article donne un aperçu des différents moteurs de stockage disponibles, leurs particularités, et les cas d’utilisation pour chacun, vous aidant à faire un choix éclairé selon les besoins de votre projet.

Ces ressources vous permettront de mieux comprendre les implications du choix du moteur de stockage, et comment cela affecte les relations entre les tables et la performance globale de votre base de données.

Types de Relations entre Tables

Dans une base de données relationnelle, les tables sont souvent liées entre elles afin de modéliser des relations logiques entre différentes entités du monde réel. Ces relations permettent de structurer les données de manière efficace et de garantir leur intégrité. Voici les trois types principaux de relations qui existent entre les tables dans MySQL/MariaDB :

Relation Un à Un : Une relation où chaque enregistrement d’une table est associé à un seul enregistrement dans une autre table. Par exemple, une table Clients pourrait être liée à une table DetailsClients contenant des informations complémentaires uniques sur chaque client.
Relation Un à Plusieurs : Un type de relation dans lequel un enregistrement d’une table est lié à plusieurs enregistrements dans une autre table. Par exemple, chaque client de la table Clients peut passer plusieurs commandes, modélisées dans la table Commandes.
Relation Plusieurs à Plusieurs : Ce type de relation implique que chaque enregistrement d’une table peut être lié à plusieurs enregistrements d’une autre table, et vice versa. Pour modéliser ce type de relation, une table intermédiaire, appelée table de jonction, est souvent utilisée. Par exemple, dans le cas d’une relation entre Clients et Produits, nous pourrions utiliser une table de jonction pour suivre quels produits ont été commandés par quels clients.

Ces trois types de relations sont les fondements des bases de données relationnelles et permettent de structurer les informations de manière logique et cohérente. Les clés primaires et étrangères jouent un rôle crucial dans l’établissement de ces relations. Une clé étrangère permet de référencer un enregistrement d’une autre table, assurant ainsi la cohérence et l’intégrité des données à travers les différentes tables.

Pour une compréhension plus approfondie de chaque type de relation, ainsi que des mécanismes d’intégrité référentielle comme les actions ON DELETE et ON UPDATE (CASCADE, RESTRICT, etc.), nous vous invitons à consulter notre article dédié aux Types de Relations entre Tables dans MySQL/MariaDB. Cet article approfondit chaque relation avec des exemples pratiques, des diagrammes, et des recommandations d’implémentation.

Modélisation de Bases de Données Relationnelles

La modélisation de bases de données est une étape essentielle de la conception de toute application utilisant une base de données relationnelle. Pour créer une structure cohérente et efficace, il est nécessaire de suivre certaines étapes clés, comme l’identification des entités (par exemple, clients, commandes, produits), la définition des attributs de chaque entité (nom, adresse, etc.), et l’établissement des relations entre ces entités. Ces relations peuvent être représentées sous forme de diagrammes.

Les diagrammes Entité-Relation (ERD) sont souvent utilisés pour représenter graphiquement les tables et leurs relations. Ces diagrammes permettent de comprendre rapidement la structure de la base de données et de voir comment les différentes entités interagissent. Par exemple, dans un diagramme pour une bibliothèque, nous pourrions avoir des entités Livres, Auteurs, et Emprunteurs. Les relations montreraient que chaque livre peut être écrit par un ou plusieurs auteurs et emprunté par un ou plusieurs emprunteurs.

Le processus de normalisation est également important lors de la conception de la base de données. La normalisation consiste à organiser les données de manière à éviter les redondances et à garantir la cohérence des données. Cela implique souvent de structurer les tables en respectant différentes formes normales :

1ère forme normale (1NF) : Assurer que chaque colonne ne contienne qu’une seule valeur. Par exemple, un client avec plusieurs numéros de téléphone doit avoir ces numéros enregistrés séparément.
2ème forme normale (2NF) : S’assurer que toutes les colonnes dépendent entièrement de la clé primaire. Par exemple, les informations client ne doivent pas être stockées dans la table Commandes, mais dans une table séparée Clients.
3ème forme normale (3NF) : Éliminer les dépendances transitives. Par exemple, les informations sur le magasin de livraison doivent être stockées dans une table Magasins distincte, et non directement dans la table Commandes.

En appliquant ces étapes de normalisation, on garantit une meilleure organisation des données, évitant les répétitions inutiles et facilitant la maintenance de la base de données.

Outre PHPMyAdmin, qui offre un outil de « Designer » permettant de visualiser la structure des tables et leurs relations, il existe d’autres outils comme MySQL Workbench qui offrent des fonctionnalités avancées pour concevoir, documenter, et maintenir une base de données de manière visuelle et intuitive.

Manipulation des Données (SQL)

Les données dans une base de données relationnelle peuvent être manipulées à l’aide de commandes SQL qui permettent d’insérer, de mettre à jour, de supprimer ou de récupérer des enregistrements.

La commande INSERT est utilisée pour ajouter de nouveaux enregistrements dans une table :

INSERT INTO Clients (nom, adresse, telephone) VALUES ('Alice Dupont', '123 Rue Principale', '0102030405');

On peut aussi mettre à jour un enregistrement existant avec la commande UPDATE :

UPDATE Clients SET adresse = '456 Rue Nouvelle' WHERE client_id = 1;

Et pour supprimer des enregistrements, on utilise la commande DELETE :

DELETE FROM Clients WHERE client_id = 1;

La requête SELECT est probablement la commande SQL la plus utilisée pour extraire des données d’une table, éventuellement en appliquant des filtres :

SELECT nom, adresse FROM Clients WHERE adresse LIKE '%Rue%';

Cette commande permet de récupérer des informations spécifiques parmi de nombreux enregistrements, en utilisant des critères de recherche précis.

Les transactions sont une autre fonctionnalité importante dans la manipulation des données, permettant de regrouper plusieurs opérations en une seule unité logique. Une transaction peut garantir que soit toutes les opérations sont exécutées, soit aucune ne l’est, en utilisant les commandes START TRANSACTION, COMMIT, et ROLLBACK :

START TRANSACTION;
INSERT INTO Commandes (client_id, date_commande, montant) VALUES (1, '2024-09-28', 250.00);
UPDATE Clients SET adresse = '456 Rue Nouvelle' WHERE client_id = 1;
COMMIT;

Les transactions garantissent la cohérence des données, en particulier lorsqu’il y a plusieurs modifications qui doivent être exécutées ensemble.

Pour les utilisateurs qui préfèrent une approche plus graphique, PHPMyAdmin permet de réaliser ces actions via des formulaires interactifs ou en exécutant directement des requêtes SQL dans la console. Cela rend la gestion des données plus intuitive, surtout pour ceux qui débutent avec SQL. PHPMyAdmin montre également les requêtes SQL générées par chaque action réalisée à travers son interface, offrant ainsi une bonne occasion d’apprendre la syntaxe SQL en observant les opérations sous-jacentes.

Utilisation des Joins

Les JOINS sont un outil essentiel dans les bases de données relationnelles pour combiner des données provenant de plusieurs tables. Ils permettent de répondre à des questions complexes en rassemblant des informations issues de différentes entités de la base de données. Voici quelques types de JOINS les Plus Courants :

INNER JOIN

Permet de retourner uniquement les enregistrements qui ont des correspondances dans les deux tables. Par exemple, pour obtenir les commandes passées par chaque client :

SELECT Clients.nom, Commandes.date_commande, Commandes.montant
FROM Clients
INNER JOIN Commandes ON Clients.client_id = Commandes.client_id;

Ce type de requête permet de combiner les informations des tables Clients et Commandes pour afficher les détails de chaque commande par client.

LEFT JOIN

Retourne tous les enregistrements de la table de gauche (Clients), même s’il n’y a pas de correspondance dans la table de droite (Commandes). Cela permet, par exemple, d’afficher tous les clients, y compris ceux qui n’ont pas encore passé de commande :

SELECT Clients.nom, Commandes.date_commande, Commandes.montant
FROM Clients
LEFT JOIN Commandes ON Clients.client_id = Commandes.client_id;

Cela est utile pour obtenir une vue complète, même pour les clients qui n’ont pas de commandes.

Dans PHPMyAdmin, vous pouvez utiliser la console SQL pour exécuter des requêtes JOIN, ou bien créer des vues qui regroupent des données issues de plusieurs tables. Cela est pratique pour obtenir une visualisation claire des informations sans avoir à manipuler manuellement les données.

Contrainte d’Intégrité et Consistance des Données

Les contraintes d’intégrité sont des règles qui permettent de garantir la cohérence et la validité des données dans une base de données relationnelle. Les principales contraintes sont :

NOT NULL : Cette contrainte assure qu’une colonne ne peut jamais contenir de valeur nulle. Par exemple, le nom d’un client dans la table Clients est défini comme NOT NULL pour garantir qu’aucun client ne peut être ajouté sans un nom valide.

UNIQUE : Garantit que les valeurs dans une colonne sont uniques. Par exemple, une colonne email dans la table Clients pourrait être UNIQUE pour empêcher l’enregistrement de plusieurs clients avec le même email.

PRIMARY KEY : Identifie de manière unique chaque enregistrement dans une table. Par exemple, client_id est la clé primaire de la table Clients.

FOREIGN KEY : Maintient l’intégrité des relations entre les tables. Par exemple, la clé étrangère client_id dans la table Commandes fait référence à client_id de Clients, garantissant que chaque commande est associée à un client existant.

Pour illustrer la mise en place des contraintes d’intégrité, explorons les deux tables : Clients et Commandes, qui contiennent des contraintes NOT NULL, UNIQUE, PRIMARY KEY, et FOREIGN KEY.

CREATE TABLE Clients (
    client_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    nom VARCHAR(50) NOT NULL,
    email VARCHAR(100) UNIQUE,
    adresse VARCHAR(100),
    telephone VARCHAR(15)
) ENGINE=InnoDB;

Dans cette table :

client_id est une PRIMARY KEY qui identifie chaque client de manière unique.
nom a la contrainte NOT NULL, garantissant que chaque client doit avoir un nom.
email a la contrainte UNIQUE, assurant qu’il ne peut pas y avoir deux clients avec le même email.

CREATE TABLE Commandes (
    commande_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    client_id INT,
    date_commande DATE,
    montant DECIMAL(10, 2),
    FOREIGN KEY (client_id) REFERENCES Clients(client_id) ON DELETE CASCADE ON UPDATE CASCADE
) ENGINE=InnoDB;

Dans cette table :

commande_id est la PRIMARY KEY de la table.
client_id est une FOREIGN KEY qui fait référence à la clé primaire de la table Clients. Cette clé étrangère garantit que chaque commande est liée à un client existant.
Les actions ON DELETE CASCADE et ON UPDATE CASCADE assurent que :
- Si un client est supprimé, toutes ses commandes seront également supprimées.
- Si l’ID du client est modifié, cette modification sera répercutée dans toutes les commandes associées.

Ces contraintes jouent un rôle essentiel pour éviter les erreurs logiques et les incohérences. Par exemple, grâce aux clés étrangères, il n’est pas possible d’ajouter une commande pour un client qui n’existe pas, ni de supprimer un client s’il a des commandes actives (à moins d’utiliser des actions spécifiques comme ON DELETE CASCADE).

Dans PHPMyAdmin, les contraintes peuvent être facilement définies et visualisées lors de la création ou la modification des tables. Cela permet de s’assurer que les données sont toujours conformes aux règles de votre modèle de données.

Transactions et Atomicité

Une transaction est une séquence d’opérations qui sont exécutées comme une unité. Cela signifie que toutes les opérations doivent réussir pour que les changements soient enregistrés (validés) dans la base de données. Si une opération échoue, toutes les modifications précédentes sont annulées (rollback), garantissant ainsi la cohérence des données.

Caractéristiques des Transactions : ACID

Les transactions respectent des propriétés appelées ACID :

Atomicité : Toutes les opérations d’une transaction doivent être exécutées au complet ou ne pas être exécutées du tout.
Cohérence : Une transaction transforme la base de données d’un état valide à un autre état valide.
Isolation : Les changements effectués dans une transaction ne doivent pas être visibles pour les autres transactions avant la validation.
Durabilité : Une fois une transaction validée, ses effets sont permanents.

START TRANSACTION;
INSERT INTO Commandes (client_id, date_commande, montant) VALUES (1, '2024-09-28', 250.00);
UPDATE Clients SET adresse = '456 Rue Nouvelle' WHERE client_id = 1;
COMMIT;

Dans cet exemple, si une des opérations échoue avant le COMMIT, les deux modifications seront annulées, et la base de données restera inchangée. Cela est particulièrement utile pour les opérations critiques où la cohérence est essentielle (par exemple, des opérations bancaires).

Dans PHPMyAdmin, les transactions peuvent être initiées via la console SQL, permettant de regrouper plusieurs actions et de garantir la cohérence en cas d’erreur.

Optimisation des Tables Relationnelles

Pour garantir des performances optimales, surtout lorsque les volumes de données augmentent, il est essentiel d’optimiser la structure des tables. Une méthode courante est l’utilisation des index, qui permettent d’accélérer la recherche de données spécifiques. Un index est une structure qui facilite l’accès rapide aux lignes dans une table en fonction des valeurs de certaines colonnes. Par exemple, ajouter un index sur la colonne nom de la table Clients permet de retrouver un client par son nom de manière plus efficace, particulièrement lorsque la table contient de nombreux enregistrements.

CREATE INDEX idx_nom ON Clients(nom);

Avec cette commande, la base de données pourra effectuer des recherches plus rapidement sur la colonne nom. Dans PHPMyAdmin, il est aussi possible de créer des index à partir de l’onglet Structure d’une table. Il suffit de sélectionner la colonne souhaitée et de cliquer sur Ajouter un index pour améliorer les performances sans avoir à écrire de requête SQL. Toutefois, il est important de noter que les index, bien que très utiles pour accélérer les lectures, peuvent aussi ralentir les opérations d’insertion, de mise à jour, et de suppression, car ils doivent être mis à jour chaque fois que les données changent. Il convient donc de les utiliser avec parcimonie.

Avantages et Limitations des Bases Relationnelles

Les bases de données relationnelles offrent une structure solide pour la gestion des données, mais elles ne sont pas sans limites. L’un des principaux avantages réside dans leur capacité à garantir l’intégrité des données grâce à des contraintes telles que les clés primaires et étrangères. Ces mécanismes permettent d’assurer la cohérence des informations en prévenant les erreurs logiques et en maintenant des relations correctes entre les différentes tables. De plus, le langage SQL offre un moyen puissant d’interroger des données de manière complexe, permettant de combiner des informations de plusieurs tables à l’aide des JOINS et de garantir la cohérence des transactions grâce aux propriétés ACID (Atomicité, Cohérence, Isolation, Durabilité). Cela est particulièrement utile pour les opérations critiques où la fiabilité est essentielle.

Cependant, les bases de données relationnelles présentent également des limitations. Elles peuvent être difficiles à faire évoluer, notamment en termes de scalabilité horizontale, c’est-à-dire lorsqu’il s’agit de distribuer des données sur plusieurs serveurs. Cette difficulté limite leur utilisation dans des environnements nécessitant une grande capacité de montée en charge, comme c’est souvent le cas pour des applications modernes ou très populaires. En outre, les bases de données relationnelles reposent sur des schémas fixes, ce qui rend les modifications (telles que l’ajout ou la suppression de colonnes) plus complexes à gérer, surtout dans des systèmes en production où les besoins évoluent rapidement. Elles ne sont pas non plus bien adaptées aux données non structurées ou semi-structurées (comme les documents, images, ou données JSON), pour lesquelles des bases de données NoSQL sont souvent mieux appropriées.

Pour répondre à ces limitations, des alternatives existent, notamment les bases de données NoSQL qui se distinguent par leur flexibilité et leur capacité à gérer des volumes massifs de données de manière distribuée. Les bases de données NoSQL, telles que MongoDB, Cassandra, ou Redis, sont particulièrement adaptées aux environnements nécessitant une grande scalabilité et aux applications manipulant des données non structurées ou des documents. En outre, pour des systèmes qui nécessitent à la fois la structure des bases de données relationnelles et la flexibilité des bases NoSQL, les bases de données dites hybrides, comme Couchbase ou Azure Cosmos DB, combinent des éléments des deux approches pour répondre à des besoins variés.

Ainsi, le choix entre une base de données relationnelle et une alternative NoSQL dépend des exigences spécifiques du projet. Pour des systèmes nécessitant une forte cohérence et des relations bien définies, une base de données relationnelle reste la meilleure option. En revanche, pour des projets qui demandent une flexibilité de structure, une grande scalabilité, ou qui manipulent des données hétérogènes, les bases de données NoSQL offrent des avantages significatifs. Une analyse des besoins spécifiques est essentielle pour faire le bon choix technologique.

Conclusion

Les bases de données relationnelles constituent une technologie fondamentale pour la gestion des données structurées, combinant à la fois fiabilité, cohérence, et des capacités de requête avancées grâce à SQL. Dans cet article, nous avons exploré les concepts clés de ces bases de données, de la modélisation des tables aux contraintes d’intégrité, en passant par l’optimisation des performances avec des index. Les bases de données relationnelles conviennent parfaitement aux systèmes où la cohérence des données est cruciale, comme dans le secteur bancaire, la gestion d’entreprise, ou les services publics. Bien qu’elles puissent être limitées dans des contextes nécessitant une grande scalabilité ou pour des données non structurées, leur structure bien définie et leur prise en charge des propriétés ACID les rendent idéales pour des applications critiques.

Pour ceux qui souhaitent approfondir la question des relations entre les tables et des actions sur les contraintes, un article complémentaire est disponible, détaillant ces sujets plus techniques et offrant des exemples pratiques. Nous espérons que ce guide vous a apporté une meilleure compréhension des bases de données relationnelles et de leur rôle essentiel dans la gestion efficace des données.