โมเดลฐานข้อมูลแบบลำดับชั้น

โมเดลแบบลำดับชั้นแทนข้อมูลในโครงสร้างแบบต้นไม้ ซึ่งมี parent เดียวสำหรับแต่ละเรคอร์ด เพื่อรักษาลำดับ มี sort field ที่เก็บ sibling nodes ในลำดับที่บันทึก โมเดลประเภทนี้ออกแบบมาสำหรับระบบจัดการฐานข้อมูลเมนเฟรมยุคแรก เช่น Information Management System (IMS) ของ IBM

โครงสร้างโมเดลนี้อนุญาตให้มีความสัมพันธ์ one-to-one และ one-to-many ระหว่างประเภทข้อมูล 2/หลายประเภท โครงสร้างนี้ช่วยอธิบายความสัมพันธ์จริงหลายอย่างได้ดี เช่น สารบัญ ข้อมูลซ้อนและจัดเรียง

โครงสร้างแบบลำดับชั้นถูกใช้เป็นลำดับกายภาพของเรคอร์ดในที่จัดเก็บ สามารถเข้าถึงเรคอร์ดได้โดยการนำทางลงผ่านโครงสร้างข้อมูลโดยใช้ pointers ที่รวมกับ sequential accessing ดังนั้น โครงสร้างแบบลำดับชั้นจึงไม่เหมาะสำหรับการดำเนินงานฐานข้อมูลบางอย่าง เมื่อ full path ไม่ได้รวมอยู่สำหรับแต่ละเรคอร์ด

ข้อมูลในประเภทฐานข้อมูลนี้มีโครงสร้างแบบลำดับชั้น และพัฒนาปกติเป็นต้นไม้กลับหัว "root" ในโครงสร้างคือตารางเดียวในฐานข้อมูล และตารางอื่นๆ ทำหน้าที่เป็นกิ่งที่ไหลจาก root แผนภาพด้านล่างแสดงโครงสร้างฐานข้อมูลแบบลำดับชั้นทั่วไป

Agents Database

ในแผนภาพข้างต้น เอเจนต์จองนักแสดงหลายคน และแต่ละนักแสดงมีตารางเวลาของตนเอง หน้าที่ของเอเจนต์คือดูแลลูกค้าหลายคนที่มีความต้องการด้านความบันเทิง ลูกค้าจองนัดหมายผ่านเอเจนต์และชำระเงินให้เอเจนต์สำหรับบริการของเขา

ความสัมพันธ์ในโมเดลฐานข้อมูลนี้แทนด้วยคำว่า parent/child ตาราง parent สามารถลิงก์กับตาราง child หนึ่งหรือมากกว่าในประเภทความสัมพันธ์นี้ แต่ตาราง child เดียวสามารถลิงก์กับตาราง parent เดียวได้เท่านั้น ตารางเชื่อมโยงกันอย่างชัดเจนผ่าน pointer/index หรือการจัดเรียงเรคอร์ดทางกายภาพภายในตาราง

ผู้ใช้สามารถเข้าถึงข้อมูลได้โดยเริ่มที่ตาราง root และทำงานลงตามต้นไม้ไปยังข้อมูลเป้าหมาย ผู้ใช้ต้องคุ้นเคยกับโครงสร้างฐานข้อมูลเพื่อเข้าถึงข้อมูลโดยไม่มีความซับซ้อน

ข้อดี

• ผู้ใช้ดึงข้อมูลได้เร็วมากเนื่องจากมีลิงก์ชัดเจนระหว่างโครงสร้างตาราง
• Referential integrity ถูกสร้าง込みและบังคับใช้โดยอัตโนมัติ ซึ่งทำให้เรคอร์ดในตาราง child ต้องลิงก์กับเรคอร์ดที่มีอยู่ในตาราง parent พร้อมกับที่ถ้าเรคอร์ดถูกลบในตาราง parent จะทำให้เรคอร์ดที่เกี่ยวข้องทั้งหมดในตาราง child ถูกลบด้วย

ข้อเสีย

• เมื่อผู้ใช้ต้องจัดเก็บเรคอร์ดในตาราง child ที่ไม่เกี่ยวข้องกับเรคอร์ดใดๆ ในตาราง parent จะมีความยากลำบากในการบันทึก และผู้ใช้ต้องบันทึกเพิ่มในตาราง parent
• ประเภทฐานข้อมูลนี้ไม่รองรับความสัมพันธ์ซับซ้อน และมีปัญหาความซ้ำซ้อน ซึ่งอาจนำไปสู่ข้อมูลไม่ถูกต้องเนื่องจากการบันทึกข้อมูลที่ไม่สอดคล้องที่หลายไซต์

พิจารณาตัวอย่างโดยใช้แผนภาพฐานข้อมูลที่แสดงในแผนภาพก่อนหน้า ผู้ใช้ไม่สามารถป้อนเรคอร์ดใหม่สำหรับนักแสดงในตาราง Entertainers ได้จนกว่านักแสดงจะถูกมอบหมายให้เอเจนต์เฉพาะในตาราง Agents เนื่องจากเรคอร์ดในตาราง child (Entertainers) ต้องเกี่ยวข้องกับเรคอร์ดในตาราง parent (Agents) ดังนั้น ประเภทฐานข้อมูลนี้มีปัญหาข้อมูลซ้ำ ตัวอย่างเช่น หากมีความสัมพันธ์ many-to-many ระหว่างลูกค้าและนักแสดง นักแสดงจะแสดงให้หลายลูกค้า และลูกค้าจ้างนักแสดงหลายคน ประเภทความสัมพันธ์นี้ในฐานข้อมูลแบบลำดับชั้นไม่สามารถสร้างแบบจำลองได้ง่าย ดังนั้นนักพัฒนาต้องนำข้อมูลซ้ำเข้าไปในตาราง Schedule และ Engagements ทั้งสอง

• ตาราง Schedule จะมีข้อมูลลูกค้าซึ่งมีข้อมูลเช่น ชื่อลูกค้า ที่อยู่ และเบอร์โทรศัพท์ เพื่อแสดงว่านักแสดงแต่ละคนแสดงให้ใครและที่ไหน ข้อมูลนี้ซ้ำเพราะจัดเก็บอยู่ในตาราง Clients แล้ว
• ตาราง Engagements จะมีข้อมูลนักแสดงซึ่งมีข้อมูลเช่น ชื่อนักแสดง เบอร์โทรศัพท์ และประเภทนักแสดง เพื่อระบุนักแสดงที่แสดงให้ลูกค้าคนหนึ่ง ข้อมูลนี้ก็ซ้ำเหมือนกันเพราะจัดเก็บอยู่ในตาราง Entertainers

ปัญหาของความซ้ำซ้อนนี้คืออาจนำไปสู่ข้อมูลไม่ถูกต้อง เพราะเปิดโอกาสให้ผู้ใช้ป้อนข้อมูลชิ้นเดียวกันไม่สอดคล้อง

ปัญหานี้สามารถแก้ได้โดยการสร้างฐานข้อมูลแบบลำดับชั้นหนึ่งสำหรับนักแสดง และอีกหนึ่งสำหรับเอเจนต์โดยเฉพาะ ฐานข้อมูล Entertainers จะมีเฉพาะข้อมูลที่บันทึกในตาราง Entertainers และฐานข้อมูล Agents ที่แก้ไขจะมีข้อมูลที่บันทึกในตาราง Agents, Clients, Payments, และ Engagements ไม่มีความจำเป็นที่จะต้อง... เนื่องจากคุณสามารถกำหนด logical child relationship ระหว่างตาราง Engagements ในฐานข้อมูล Agents และตาราง Entertainers ในฐานข้อมูล Entertainers ด้วยความสัมพันธ์นี้ คุณสามารถดึงข้อมูลหลากหลายได้ เช่น รายการนักแสดงที่จองสำหรับลูกค้าที่กำหนด หรือตารางเวลาการแสดงสำหรับนักแสดงที่กำหนด แผนภาพด้านล่างอธิบายภาพรวมทั้งหมด

ฐานข้อมูลแบบลำดับชั้นเหมาะกับระบบจัดเก็บเทปที่ใช้โดยเมนเฟรมในทศวรรษ 1970 และนิยมในองค์กรที่ฐานข้อมูลของพวกเขาอิงระบบเหล่านั้น แต่ แม้ฐานข้อมูลแบบลำดับชั้นจะให้การเข้าถึงข้อมูลที่รวดเร็วและตรงไปตรงมา และมีประโยชน์ในหลายสถานการณ์ แต่ชัดเจนว่าต้องการโมเดลฐานข้อมูลใหม่เพื่อแก้ปัญหาความซ้ำซ้อนของข้อมูลและความสัมพันธ์ซับซ้อนระหว่างข้อมูลที่เพิ่มขึ้น

แนวคิดหลังโมเดลฐานข้อมูลนี้มีประโยชน์สำหรับประเภทการจัดเก็บข้อมูลบางประเภท แต่ไม่ได้หลากหลายมากและจำกัดอยู่ในการใช้งานเฉพาะ

ตัวอย่างเช่น ที่แต่ละบุคคลในบริษัทอาจรายงานต่อแผนกที่กำหนด แผนกสามารถใช้เป็น parent record และพนักงานแต่ละคนจะแทน secondary records ซึ่งแต่ละตัวลิงก์กลับไปที่ parent record เดียวในโครงสร้างแบบลำดับชั้น