データベースの設計は、スケーラブルで高性能なアプリケーションを構築するうえで最も重要なステップの1つです。データベース管理者（DBA）は、データベースを設計する際にいくつかのベストプラクティスを念頭に置く必要があります。不適切な設計は、パフォーマンスの低下やデータ損失につながる可能性があるためです。
データベース設計で考慮すべき点
何よりもまず、管理者はデータを明確に理解する必要があります。扱っているのはどのようなデータでしょうか。どのような構造になっているでしょうか。異なるデータ同士にはどのような関係があるでしょうか。
さらに、関係者がデータベースをどのように利用するかを理解することも重要です。例えば、主な用途はデータ分析でしょうか、それともトランザクションデータの保存でしょうか。リアルタイムの読み取りと書き込みに対応する必要はあるでしょうか。今日のデジタル中心のビジネス環境では、多くの組織が、ビジネスインテリジェンスの収集、予測、リアルタイムのビジネス上の意思決定にデータを活用しています。
こうした点を考慮することで、確かな基盤の上にデータベース設計を構築できます。
優れたデータベース設計の基本原則
優れたデータベース設計には、正確性、アクセシビリティ、冗長性の最小化、期待への適合という4つの基本原則があります。
正確性
データの完全性を維持するには、正確性が不可欠です。不正確なデータは、誤った結論や時間・リソースの浪費につながります。正確性を確保するには、ユーザーが正しく、一貫性を保ってデータを入力しなければなりません。また、入力時に生じた可能性のあるエラーを特定するため、データは定期的に検証する必要があります。
アクセシビリティ
データをすばやく簡単に取得できるようにするには、アクセシビリティが欠かせません。ユーザーは、必要な情報を苦労せずに見つけられる必要があります。
そのためには、データを適切に整理し、論理的に保存しなければなりません。データベース管理者は、明確で簡潔なインデックスを作成し、データベース構造を文書化することで、アクセシビリティの向上を支援できます。
冗長性を最小限に抑える
冗長性を最小限に抑えることは、ストレージコストの削減とエラーの排除に不可欠です。データの重複コピーは容量を無駄にするうえ、正しく同期されていなければ不正確さを生む可能性があります。
データベースを設計する際、DBAは不必要なデータの重複を避けるべきです。同一のデータのコピーが必要な場合は、コピーを常に最新の状態に保つための対策を講じる必要があります。
期待に応える
ユーザーのニーズを満たすデータベースを設計することが重要です。データベース管理者はユーザーと相談し、そのニーズや期待を理解する必要があります。そのうえで、ユーザーが必要なデータを簡単に見つけ、取得できるようにデータベースを設計します。
データベース設計のベストプラクティス10選
1. データベースの目標を決める
目標を決めずにデータベースを設計するのは、災難を招く行為です。プロジェクトマネージャー、パワーユーザー、開発者など、すべての関係者に相談しなければ、設計上の意思決定に役立つ重要な情報を見落とすリスクがあります。
例えば、どれほどの量のデータを保存する必要があるのか、ユーザーがどのようにアクセスするのかを把握できないかもしれません。その結果、データベースがユーザーのニーズを満たせず、後になって問題が発生する可能性があります。
さらに、データベースの目標を理解していなければ、パフォーマンスの最適化やデータ品質の確保も難しくなります。
2. シンプルに保つ
データベース設計の世界では、「シンプルに保つ」という原則がベストプラクティスとしてしばしば挙げられます。複雑なデータベースは、シンプルなデータベースよりも保守が難しく、エラーが発生しやすいという考え方です。
これは、データベース構造を変更するときに特に当てはまります。複雑なデータベースでは、すべての要素がどのように組み合わさっているのかを理解しにくいため、変更の際に誤って何かを壊してしまう可能性が高くなります。
それに対して、シンプルなデータベースは理解しやすく、変更時に問題を引き起こしにくいものです。また、データ取得のために処理するコンポーネントが少ないため、シンプルなデータベースのほうが効率的な場合もあります。
3. 適切なデータベースの種類を選ぶ
データベース設計のベストプラクティスでは、先にデータベースの種類を選ぶことが求められます。主な選択肢はSQL（構造化照会言語）とNoSQL（Not Only SQL）ですが、現在ではほとんどの大企業が両方を使うハイブリッド環境で運用しています。
さらにSQLまたはNoSQLを選ぶほか、DBAは使用するデータモデルも決める必要があります。それはリレーショナル、階層型、ネットワーク型、オブジェクト指向型のいずれかです。
こうした決定を下したら、DBAはデータの正規化を開始できます。正規化によって冗長性が減り、各データが1か所にのみ保存されることが保証されます。依存関係を検証し、更新・挿入・削除時の異常を防ぎましょう。
4. 透明性の高い構造を構築する
データベースはあらゆる組織にとって重要なツールです。そのため、必要とする人が明確かつ簡単に利用できるよう設計することが重要です。つまり、透明性の高い構造を構築し、一貫した命名規則を使う必要があります。
また、ショートカットや略語、複数形はデータベースを使いにくくする可能性があるため、避けることも重要です。車輪の再発明を試みたくなるかもしれませんが、最終的な目標は、いずれデータベースを変更する可能性のある人にとって作業を簡単にすることだと覚えておきましょう。
5. 設計段階からセキュリティを組み込む
設計段階からセキュリティを組み込むことは、データベース設計のベストプラクティスです。データベース管理者は、設計プロセスの最初からデータセキュリティを考慮すべきです。初めからセキュリティを考慮すれば、潜在的な脆弱性を回避し、データベースの安全性を確保できます。
設計段階からセキュリティを組み込むとは、開発プロセスのあらゆる段階にセキュリティを組み込むことです。潜在的な脅威を特定し、暗号化などの対策を実施してデータを保護します。アクセス制御を導入し、管理者権限を制限することも必要な対策です。
さらに、設計段階からセキュリティを組み込むことで、データベースを常に最新のセキュリティパッチやアップデートで更新された状態に保てます。
6. コンプライアンスを最優先する
データベースを設計する際は、さまざまなデータプライバシー法への準拠を考慮することが不可欠です。データは厳しく規制されており、組織は国内外の数多くの法律を考慮しなければなりません。管轄区域ごとに異なる法律や規制には、次のようなものがあります。
- California Consumer Privacy Act (CCPA)
- EU General Data Protection Regulation (GDPR)
- Canadian Personal Information Protection and Electronic Documents Act (PIPEDA)
- UK Data Protection Act
これらの法律に違反すると、罰金や懲役を含む重大な罰則が科される可能性があります。そのため、関連するすべての法律や規制に従ってデータベースが設計されていることを確認することが不可欠です。
そのためには、データベースが適用されるすべての要件を満たしていることを確認するため、法律顧問に相談する必要があるかもしれません。また、データベース管理者に関連する法規定を研修することも必須です。
さらに、組織はデータベースを定期的に見直し、変化する法律や規制に引き続き準拠していることを確認すべきです。
7. サイロ化を解消する
データベース設計におけるベストプラクティスの1つは、開発者とデータベース管理者の間のサイロを解消することです。組織がデータベースをITエコシステムの他の部分とは別個のものとして扱うと、食い違いが生じる可能性があります。
これを避けるには、期待事項を共有し、早い段階から頻繁にDBAを関与させることが重要です。そうすれば、全員が認識を共有し、共通の目標に向けて協力できます。
8. ドキュメントを整備する
ドキュメントはデータベース設計に不可欠な要素です。設計を明確で理解しやすいものにするのに役立ち、将来の変更に際して貴重な参考資料にもなります。
しかし、ドキュメントの作成は退屈で時間のかかる作業であり、多くのデータベース管理者（DBA）がその作業を嫌がります。それでも、データベース設計には適切なドキュメントを必ず含める必要があります。
ドキュメントには、データモデル、テーブルと列、テーブル間の関係、その他の関連情報を記載すべきです。また、データベース設計の進化に合わせて、ドキュメントを常に最新の状態に保つことが不可欠です。
9. 速度を最適化する
DBAはこれをいくつかの方法で実現できます。例えば、定期的に実行するクエリ用のインデックスを作成します。これにより、クエリを実行するたびにデータベース全体を検索する必要がなくなり、検索が高速化されます。
さらに、データベースアナライザーを使って、インデックスやクラスタ化インデックスが必要かどうかを判断できます。これにより必要なデータだけが取得され、検索処理がさらに高速化されます。最後に、DBAはElasticsearchなどの検索ツールを使って検索を高速化できます。
10. 専用サーバーを使う
最後に、データベースには専用サーバーを使いましょう。データベースサーバーをその目的専用にし、適切に構成できるため、コンピューティングリソースに余裕が生まれます。
また、データベースサーバーを他のシステムから分離して、より安全に保護できるため、セキュリティも向上します。さらに、専用のデータベースサーバーを使うと、最適なパフォーマンスが得られるようデータベースの規模や構成を調整でき、パフォーマンスも向上します。
そして、別のデータベースサーバーを使えば、すべてのデータベースを1か所で管理できるため、管理・運用も簡単になります。
優れたデータベース設計の重要性
データベース設計のベストプラクティスは、時間の経過とともにニーズが変化・拡大しても、データベースを効果的にスケールできるようにするために不可欠です。慎重に計画すれば、後になって問題を引き起こす可能性のある多くの典型的な落とし穴を回避できます。
これらのベストプラクティスに従うことで、最も価値のある資産、つまりデータへの投資を最大限に活用できます。