Apa Itu Database?

Saat kamu masuk ke sebuah website, situs itu harus menemukan akunmu di antara jutaan akun lain, memeriksa password-mu, dan memuat pengaturanmu, semuanya dalam beberapa milidetik. Situs itu tidak membuka file teks lalu membacanya baris demi baris. Ia mengirim permintaan seperti SELECT * FROM users WHERE email = 'ana@example.com' ke database, dan database langsung melompat ke baris yang tepat dengan memakai index, mirip indeks di bagian belakang sebuah buku.

Cara kerja database

Ada dua bagian yang bekerja sama. Database adalah datanya, yang tersusun dalam struktur yang tetap. Database management system (DBMS) adalah program yang menyimpan data itu dalam file, menjaganya tetap konsisten, dan menjawab permintaan. PostgreSQL, MySQL, dan SQLite adalah DBMS; daftar pelangganmu adalah database-nya.

Dalam database relasional, data tinggal di dalam tabel. Setiap tabel punya kolom (nama, negara, poin) dan baris (satu per pengguna). Sebuah permintaan melewati langkah-langkah berikut:

1. Programmu mengirim query, biasanya ditulis dalam SQL (Structured Query Language).
2. DBMS mem-parse query itu dan merencanakan cara menjawabnya: tabel mana yang dibaca dan apakah sebuah index bisa melewati sebagian besar baris.
3. DBMS membaca data dari disk dalam page berukuran tetap (secara default 4.096 byte di SQLite, 8 KB di PostgreSQL), sambil menyimpan page yang sering dipakai di memori.
4. DBMS menyaring, mengurutkan, dan menggabungkan baris, lalu mengembalikan hasilnya.

Python menyertakan SQLite, jadi kamu bisa menjalankan database sungguhan di sini:

import sqlite3

db = sqlite3.connect(":memory:")   # a database that lives in RAM
db.execute("CREATE TABLE users (id INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT, country TEXT, points INTEGER)")

rows = [("Ana", "BR", 120), ("Kenji", "JP", 340), ("Lea", "DE", 90), ("Omar", "EG", 340)]
db.executemany("INSERT INTO users (name, country, points) VALUES (?, ?, ?)", rows)

# Ask a question in SQL: who has more than 100 points, highest first?
query = "SELECT name, points FROM users WHERE points > 100 ORDER BY points DESC, name"
for name, points in db.execute(query):
    print(name, points)

total = db.execute("SELECT COUNT(*), AVG(points) FROM users").fetchone()
print("users:", total[0], "average points:", total[1])

Kenji 340
Omar 340
Ana 120
users: 4 average points: 222.5

Program itu tidak pernah menjelaskan cara mencari. Program hanya menggambarkan hasil yang diinginkannya, dan DBMS yang memutuskan cara mendapatkannya. Itulah perbedaan utama antara bertanya kepada database dan menulis loop atas sebuah list.

Jenis-jenis database

Semua yang bukan relasional sering dikelompokkan sebagai NoSQL. Database relasional tetap menjadi pilihan default untuk sebagian besar aplikasi, karena tabel, constraint, dan SQL bisa menangani berbagai macam masalah dengan baik. Banyak produk juga menggabungkan beberapa jenis: PostgreSQL bisa menyimpan dokumen JSON, dan pgvector menambahkan pencarian vector ke dalamnya.

Transaksi: semua atau tidak sama sekali

Memindahkan uang dari Ana ke Ben butuh dua perubahan: tambahkan ke Ben, kurangi dari Ana. Kalau program crash di antara keduanya, uang muncul entah dari mana. Transaksi mengelompokkan perubahan supaya semuanya tersimpan atau tidak ada satu pun yang tersimpan. Di sini perubahan kedua melanggar sebuah aturan (saldo tidak boleh di bawah nol), jadi database juga membatalkan perubahan pertama:

import sqlite3

db = sqlite3.connect(":memory:")
db.execute("CREATE TABLE accounts (name TEXT PRIMARY KEY, balance INTEGER CHECK (balance >= 0))")
db.executemany("INSERT INTO accounts VALUES (?, ?)", [("ana", 50), ("ben", 0)])
db.commit()

def transfer(amount):
    try:
        with db:  # one transaction: commit on success, roll back on error
            db.execute("UPDATE accounts SET balance = balance + ? WHERE name = 'ben'", (amount,))
            db.execute("UPDATE accounts SET balance = balance - ? WHERE name = 'ana'", (amount,))
        print("transfer", amount, "done")
    except sqlite3.IntegrityError as err:
        print("transfer", amount, "failed:", err)
    print(dict(db.execute("SELECT name, balance FROM accounts")))

transfer(30)
transfer(40)

transfer 30 done
{'ana': 20, 'ben': 30}
transfer 40 failed: CHECK constraint failed: balance >= 0
{'ana': 20, 'ben': 30}

Uang 40 untuk Ben sempat ditambahkan lalu ditarik kembali, jadi totalnya tetap sesuai. Database relasional menjanjikan empat sifat untuk transaksi, yang dikenal sebagai ACID: atomic (semua atau tidak sama sekali), consistent (aturan seperti CHECK selalu terpenuhi), isolated (dua pengguna yang menjalankan transaksi bersamaan tidak melihat pekerjaan setengah jadi milik satu sama lain), dan durable (begitu tersimpan, sebuah perubahan tetap ada meskipun terjadi crash atau listrik padam).

Database vs spreadsheet vs file

Spreadsheet adalah alat yang bagus untuk satu orang yang melihat beberapa ribu baris. Begitu beberapa program atau pengguna menulis data pada saat yang sama, atau datanya harus mengikuti aturan, database adalah alat yang tepat.

Bagaimana database melindungi data

DBMS menulis setiap perubahan ke sebuah log sebelum menyentuh file datanya (write-ahead log), jadi setelah crash, DBMS bisa memutar ulang atau membatalkan pekerjaan yang belum selesai. PostgreSQL bisa menyimpan checksum di setiap page berukuran 8 KB dan melaporkan kegagalan checksum saat disk yang rusak mengembalikan data yang rusak. Pengguna dan izin menentukan siapa yang boleh membaca atau mengubah tabel mana, dan replikasi menyimpan salinan di server lain. Program juga harus memasukkan input pengguna sebagai parameter, seperti placeholder ? di atas, dan tidak pernah dengan menempelkannya langsung ke teks SQL, karena dari situlah serangan SQL injection terjadi.

Kesalahpahaman yang umum

• "SQL adalah database." SQL adalah bahasanya. PostgreSQL, MySQL, dan SQLite adalah database yang memahaminya.
• "NoSQL berarti sama sekali tanpa SQL." Istilah ini biasanya dibaca sebagai "not only SQL", dan beberapa database NoSQL punya bahasa query yang mirip SQL, seperti CQL milik Cassandra.
• "Database selalu berupa server besar." SQLite adalah satu file yang dibuka langsung oleh sebuah program, tanpa server sama sekali. SQLite berjalan di dalam setiap ponsel Android dan iOS.
• "Data di database aman selamanya." Database melindungi dari crash, bukan dari seseorang yang menjalankan DELETE secara tidak sengaja. Backup tetap dibutuhkan.

Lanjut ke mana

Kursus SQL mengajarkan query sejak SELECT yang pertama. Dokumentasi SQLite membahas langkah-langkah berikutnya: apa itu SQLite, membuat tabel, index, dan mencegah SQL injection. Untuk melihat bagaimana data tersusun di disk, baca apa itu byte, dan checksum menjelaskan bagaimana page yang rusak dideteksi.