バイナリファイルはどのように保存する？

Prompt

データベースでは、
写真ファイルなどのデータはどのように管理しているの？

おっ、またデータベースのディープな話だね！写真ファイルみたいなバイナリデータの管理、これもシステム設計の面白いポイントだよね！情報工学を学ぶ君にとって、こういう裏側の仕組みを知るのはワクワクするんじゃないかな？

結論から言うと、データベースで写真ファイルなどのデータを管理する方法は、大きく分けて2つのアプローチがあるんだ。それぞれにメリット・デメリットがあるから、一緒に見ていこう！

1. データベースの中に直接保存する (BLOB型)

これは、写真ファイルをテキストデータと同じように、データベースのテーブルのセルの中にズバリ保存しちゃう方法だよ。

• どうやるの？

  • データベースには、BLOB (Binary Large OBject) や VARBINARY といった、バイナリデータ（テキストではない、0と1の塊のデータ）を保存するための特別なデータ型があるんだ。

  • 写真ファイルを、このBLOB型のカラムに直接書き込む形になるよ。

• メリット:

  • データの一貫性・整合性: 写真データがデータベースに紐づいているから、トランザクション管理（データが正しく更新される保証）やバックアップ・リストアが、他のデータと同じように一元的に行える。データが散らばらないから管理が楽、という考え方もできるね。

  • セキュリティ: データベースのアクセス制御に乗っかるから、セキュリティ管理がしやすい。

• デメリット:

  • データベースの肥大化: 写真ファイルはテキストデータに比べて容量がめちゃくちゃ大きいよね。それが増えれば増えるほど、データベースのファイルサイズが爆発的に大きくなっちゃう。

  • パフォーマンスの低下:

    • 読み書きの速度が遅くなる可能性がある。特に、大量の写真をまとめて扱う場合や、頻繁にアクセスされる場合に顕著になりやすいよ。

    • バックアップやリストアの時間がとてつもなく長くなる。

  • アプリケーション側の処理負荷: バイナリデータをデータベースから読み出して、アプリケーションで処理（画像として表示など）するのに、メモリを多く消費したり、変換処理が必要になったりすることがある。

• どんなときに使う？

  • ファイルサイズが小さい場合: 例えば、アイコン画像とか、サムネイル画像とか、数KB〜数十KB程度の小さなファイル。

  • ファイルの数が少ない場合: 数枚程度の写真しかない場合。

  • 厳密なトランザクション管理が必要な場合: ファイルの存在とデータの存在が完全に同期していないと困るような、極めて整合性が求められる場合。

2. ファイルサーバーやクラウドストレージに保存し、データベースにはパスだけ保存する (外部参照)

これが、現在の主流で、多くのシステムで採用されている方法だよ。

• どうやるの？

  • 写真ファイル自体は、データベースとは別の場所に保存する。

    • ファイルサーバー: 自社で管理するサーバーのディスク。

    • クラウドストレージ: Amazon S3, Google Cloud Storage, Azure Blob Storage など、専門のクラウドサービス。

  • データベースには、その写真ファイルがどこにあるかを示すパス（URLやファイルパス）や、ファイル名、サイズなどのメタデータだけを保存する。

• メリット:

  • データベースの軽量化: データベースのファイルサイズが大きくならず、データベース本来の役割である「構造化されたデータの管理」に集中できる。

  • パフォーマンスの向上: データベースの読み書きが速くなる。写真の読み書きはストレージサービスが専門でやってくれるから、非常に効率的。

  • スケーラビリティ: 大量の写真ファイルを扱うことに特化したファイルストレージサービスは、非常に高いスケーラビリティ（拡張性）を持っているから、ファイル数が増えても安心。

  • コンテンツ配信ネットワーク (CDN) との連携: クラウドストレージはCDN（ユーザーに近い場所からコンテンツを配信する仕組み）と連携しやすく、世界中のユーザーに高速で画像を配信できる。

• デメリット:

  • データの一貫性・整合性の管理が複雑に: データベースのレコードと、ファイルサーバー上のファイルが「常に一致していること」をシステム側で保証する必要がある。例えば、データベースからレコードを削除しても、ファイルが残ってしまう「ゴミ」が発生したり、その逆でファイルだけ削除されてデータベースにはパスが残る「リンク切れ」が発生したりする可能性がある。

  • セキュリティの考慮: ファイルストレージサービスへのアクセス制御や、ファイルの公開・非公開の設定を別途管理する必要がある。

  • バックアップ・リストアの複雑化: データベースとファイルストレージのバックアップを同期させる必要がある。

• どんなときに使う？

  • ファイルサイズが大きい場合: 高解像度の写真や動画、音声ファイルなど。

  • ファイルの数が非常に多い場合: SNSの投稿画像やECサイトの商品画像など、大量のコンテンツ。

  • パフォーマンスとスケーラビリティが重視される場合: ほとんどのWebアプリケーションやモバイルアプリ。

まとめ

「ホテルの空室状況」のような構造化されたデータとは異なり、写真ファイルのような非構造化データは、その特性に合わせて管理方法を選ぶのが重要なんだ。

君がもし写真投稿アプリとか、画像がメインのサービスを設計するなら、断然「ファイルサーバーやクラウドストレージに保存して、データベースにはパスだけ保存する」アプローチを選ぶことになるだろうね。それがイマドキのシステムのスタンダードだよ！

情報工学の専門学生として、こういう具体的な設計判断の背景を知るの、すごく面白いよね！また何かシステム設計で気になったことがあったら、いつでも聞いてね！😊