Principios Fundamentales de una Base de Datos

Los principios fundamentales de una base de datos proporcionan una guía esencial para su diseño, implementación y mantenimiento. Al aplicar principios como la integridad de los datos, la normalización y ACID, se puede mejorar la eficiencia, la confiabilidad y la consistencia de una base de datos, lo que contribuye a una gestión de datos más efectiva y un mejor soporte para las aplicaciones.

Al diseñar una base de datos, identifica las entidades clave y establece llaves primarias para cada una. Además, utiliza llaves foráneas para establecer relaciones entre las tablas, asegurando la coherencia de los datos relacionados.
Al aplicar este principio, se deben establecer y mantener estas restricciones para prevenir la inserción de datos incorrectos o incoherentes en la base de datos.

Es un proceso utilizado para organizar los campos y tablas de manera eficiente y reducir la redundancia y la dependencia de los datos. El objetivo es crear un diseño de base de datos que sea fácil de mantener, evite inconsistencias y se pueda escalar con el tiempo. La normalización se basa en una serie de reglas o formas normales, a las que se hace referencia como 1FN (Primera Forma Normal), 2FN (Segunda Forma Normal), 3FN (Tercera Forma Normal), BCNF (Forma Normal de Boyce-Codd) e INNF (Cuarta Forma Normal).

A grandes rasgos, el proceso de normalización implica los siguientes pasos:

1. Eliminar la redundancia: El objetivo es eliminar los datos duplicados y asegurarse de que cada registro sea único. Esto se logra dividiendo las tablas más grandes en tablas más pequeñas y relacionadas. Por ejemplo, si tienes una tabla de clientes con información repetida de ciudades, puedes crear una tabla separada para las ciudades y relacionar ambas tablas mediante una clave foránea. Este paso claramente hace referencia a lo que mencionamos anteriormente.
2. Identificar dependencias funcionales: Una dependencia funcional existe cuando el valor de un atributo depende del valor de otro atributo. Por ejemplo, en una tabla de pedidos, el número de pedido puede depender del número de cliente. Las dependencias funcionales pueden causar redundancia si no se manejan adecuadamente, por lo que es importante identificarlas y dividir las tablas de manera que cada tabla dependa solo de la clave primaria.
3. Agrupar atributos relacionados: Cada tabla debería tener un tema o foco claro, agrupando atributos que tengan una relación directa entre sí. Esto facilita la comprensión y la navegación por la base de datos y evita la redundancia.
   Aplicar formas normales: Como se mencionó anteriormente, hay varias formas normales que pueden ser aplicadas para lograr un mayor nivel de normalización. Cada forma normal introduce requisitos más estrictos para reducir la redundancia y mejorar la integridad de los datos. Generalmente, se recomienda alcanzar al menos la 3FN para la mayoría de las bases de datos.

ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) Es un acrónimo que describe un conjunto de propiedades que garantizan la fiabilidad y consistencia de las transacciones en una base de datos. Las propiedades ACID son fundamentales para asegurar la integridad de los datos y la correcta ejecución de las transacciones. A continuación se explica cada una de estas propiedades y cómo se pueden implementar:

Atomicity (Atomicidad): Esta propiedad garantiza que todas las operaciones dentro de una transacción se ejecuten correctamente o, en caso de error, ninguna de ellas se aplique. En otras palabras, la transacción se trata como una sola unidad indivisible. Para implementar la atomicidad, se utiliza un registro de transacciones y un mecanismo de confirmación o reversión (commit o rollback) para confirmar o revertir todas las operaciones de una transacción.

Consistency (Coherencia): La consistencia asegura que la base de datos mantenga su integridad y siga las reglas y restricciones establecidas antes y después de la ejecución de una transacción. Esto significa que las transacciones deben respetar las restricciones de claves primarias, claves foráneas, índices, desencadenadores y procedimientos almacenados. La coherencia se implementa mediante la ejecución de validaciones y restricciones en cada operación y transacción.

Isolation (Aislamiento): El aislamiento significa que cada transacción se ejecuta de forma aislada de otras transacciones concurrentes, sin que se produzcan interferencias entre ellas. Esto se logra mediante el control de concurrencia, que puede ser implementado utilizando bloqueos, sellos de tiempo o registros de operaciones multiversión. El objetivo es garantizar que las transacciones puedan ejecutarse de forma concurrente sin provocar inconsistencias en los datos.

Durability (Durabilidad): La durabilidad garantiza que, una vez confirmada (commit) una transacción, los cambios realizados se guardarán de forma permanente en la base de datos, incluso en caso de fallos en el sistema como pérdida de energía o errores de hardware. Esto se implementa utilizando mecanismos de recuperación y restauración como el registro de transacciones, copias de seguridad y redundancia de datos.

Los sistemas de gestión de bases de datos relacionales (RDBMS), como MySQL, PostgreSQL, Oracle Database, SQL Server y SQLite, son ejemplos de sistemas que implementan las propiedades ACID para garantizar la fiabilidad de las transacciones en las bases de datos.