データベース入門

　高度情報社会を生きる私たちにとって、「データベース」という言葉は聞き馴染みのあるものだと思います。住所録や商品管理、大学の教務システム・学習管理システムなどをはじめ様々な場所で使用されています。

　データベースは、言わば「縁の下の力持ち」的な存在であり、普段はその存在が意識されることはほとんどありませんが、システム開発・運用には欠かせない存在となっています。（ほとんどの場合、ログインを伴うWebシステムには、各ユーザのログインIDとパスワードを管理するデータベースがバックグラウンドで稼働しています。）

　本記事では、基本的なデータベースの概念や種類、データベース設計の基礎（開発者向け）をご紹介します。

データベースとは

　表計算ソフトで簡単に作成した住所録を例に考えてみます。これも広い意味（世間一般的な意味）では、データベースに相当しますが、これにはいくつかの課題があります。

まず、データの整合性（フォーマット）に関する課題です。表計算ソフトで個々人が作成した住所録は、それぞれフォーマットが異なる可能性が考えられます。（例えば、人によって電話番号を含めていたり含めていなかったり、メールアドレスを含めていたり含めていなかったり。）
フォーマットが統一されていない状態で、テーブル（表）同士を結合したり、検索をかけたりすると不具合が生じる可能性があります。

次に、アプリケーションとの独立性・データ流用に関する課題です。例えば、Aという年賀状作成ソフトにより出力された住所録ファイルは、仮に表計算ソフトから開くことはできたとしても、Bという年賀状ソフトで読み込めない可能性があります。前述のデータ整合性にも関わる部分ですが、特定のファイルで管理する場合、アプリケーション依存性が高く、同じデータを複数のアプリケーションで流用することが難しくなります。

これらの課題を解決するのがデータベースです。データベースシステムは、データベースサーバに構築されることが多く、インターネットを介して複数のアプリケーションで流用可能になります。また、データベース作成にあたっては、最初にスキーマ設計というフォーマットを厳格に定める作業を行うことで、データの整合性を保っています。

データベースの種類

　また、データベースには様々な種類があります。以下は、代表的なデータベースの種類です。本サイトにおいては、リレーショナルデータベース、ドキュメント型データベースについて詳しく解説します。

リレーショナルデータベース（関係データベース）

　現在主流のデータベースの１つで、高校の情報では「関係データベース」と表現する場合もあります。皆さんが「データベース」という言葉から連想するイメージに最も近いと思われるのがこのタイプです。データをテーブルと呼ばれる表形式で管理し、テーブル間のリレーション（関係）を定義します。

ドキュメント型データベース

　近年の「AI」、「ビッグデータ」という言葉を背景に注目を集めているデータベースです。上述のリレーショナルデータベースでは、新たに追加・削除されるデータのフォーマットが厳格にチェックされ、あらかじめ定義したスキーマにそぐわないものは、処理を受け付けてもらえません。
一方、ドキュメント型データベースは、データの型や構造に寛容であり、扱うデータ構造の変化にも柔軟に対応できるという利点があります。
また、キーバリュー型のJSON形式で直感的に記述・管理できるという利点もあります。

他にもデータをツリー（木構造）のように構成する階層型データベース、ネットワーク上に構成するネットワーク型データベースなどがあります。

それでは、これまでの内容を踏まえて以下の問題を見てみましょう。

JSON形式で表現される図1，図2のような商品データを複数のWebサービスから取得し，商品データベースとして蓄積する際のデータの格納方法に関する記述のうち，適切なものはどれか。ここで，商品データの取得元となるWebサービスは随時変更され，項目数や内容は予測できない。したがって，商品データベースの検索時に使用するキーにはあらかじめ制限を設けない。

ア　階層型データベースを使用し，項目名を上位階層とし，値を下位階層とした2階層でデータを格納する。
イ　グラフデータベースを使用し，商品データの項目名の集合から成るノードと値の集合から成るノードを作り，二つのノードを関係付けたグラフとしてデータを格納する。
ウ　ドキュメントデータベースを使用し，項目構成の違いを区別せず，商品データ単位にデータを格納する。
エ　関係データベースを使用し，商品データの各項目名を個別の列名とした表を定義してデータを格納する。

出典：令和5年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問26