NoSQL: Тенденция к структурированному хранению данных

За последние 15 лет требования к разработке современных приложений кардинально изменились. Все большие объемы данных необходимо хранить, обрабатывать и обновлять все быстрее и быстрее. Когда речь идет об управлении большими объемами данных, нереляционные или NoSQL базы данных уже давно являются популярным выбором. Но что такое NoSQL? И каковы преимущества этого современного подхода к хранению данных?

Что такое NoSQL?

NoSQL означает не только SQL — название, которое в двух словах обобщает модель базы данных. Вместо того чтобы быть отдельной альтернативой, это усовершенствованное и полезное дополнение к традиционным реляционным базам данных SQL. Базы данных NoSQL преодолевают ограничения реляционных систем за счет использования альтернативных моделей баз данных. Но это не обязательно означает, что базы данных NoSQL не используют никаких систем SQL. Существует также множество гибридных вариантов, которые используют оба решения и все равно попадают под зонтик NoSQL.

До конца 2000-х годов базы данных SQL были вершиной в разработке приложений. Другие подходы, такие как объектно-ориентированные базы данных, никогда не достигали такого уровня популярности из-за их сложной обработки и реализации. Базы данных NoSQL были разработаны как жизнеспособная альтернатива SQL в ответ на ограничения и проблемы реляционных баз данных, которые часто не могут удовлетворить требования современной разработки приложений. Системы NoSQL используют такие инновации, как облачные серверы, чтобы предложить альтернативную модель данных, в которой можно хранить и обрабатывать множество различных типов данных. Получаемые структуры данных являются мощными и гибкими и могут быстро реагировать на изменяющиеся требования.

Системы NoSQL часто называют структурированными хранилищами данных, чтобы подчеркнуть ключевое различие между NoSQL и реляционными базами данных SQL: Базы данных NoSQL не используют жесткие табличные схемы, в которых данные должны быть определены перед хранением. Они используют более гибкие методы, позволяющие легко добавлять новые наборы данных, которые постоянно обновляются в приложении. Решения NoSQL также полезны для обработки неструктурированных или неизвестных данных, что невозможно при использовании реляционной базы данных.

Как работают базы данных NoSQL?

В отличие от реляционных баз данных на основе SQL, базы данных NoSQL не используют для хранения данных обычные таблицы со строками и столбцами. Вместо этого они организуют большие объемы данных с помощью гибких методов, таких как документы, графики, пары значений и столбцы. Это делает системы NoSQL идеальными для приложений, которые должны обрабатывать большой объем данных и поэтому требуют гибких структур. Системы NoSQL используют аппаратные кластеры и облачные серверы, поэтому мощности распределяются равномерно, и база данных работает бесперебойно даже при больших объемах данных. В отличие от реляционных баз данных, которые быстро теряют производительность при увеличении объема данных, базы данных NoSQL являются мощным, гибким и масштабируемым решением даже при больших объемах данных.

Горизонтальное масштабирование — еще одна особенность NoSQL-систем. Реляционные базы данных SQL масштабируются вертикально и работают на одном сервере. Чтобы увеличить их емкость, вам придется инвестировать в более мощный сервер. Это дорого в долгосрочной перспективе и ограничивает возможности разработки приложений. Решения NoSQL обычно распределяют данные по нескольким серверам. Если объем данных увеличивается, просто добавляются новые серверы. Это позволяет базам данных NoSQL легко хранить и обрабатывать большие объемы данных, что делает их идеальными для приложений больших данных.

Четыре наиболее важных типа баз данных NoSQL

В отличие от реляционных баз данных, структурированные хранилища данных не используют фиксированные схемы и поэтому идеально подходят для приложений больших данных. В мире уже используется множество различных систем NoSQL, большинство из которых имеют открытый исходный код и структурируются по-разному в зависимости от поставщика и требований. Хотя системы сильно различаются, различные подходы к NoSQL делятся на четыре основные категории.

Документо-ориентированные базы данных

В документально-ориентированных базах данных NoSQL данные хранятся непосредственно в документах различной длины. Данные не обязательно должны быть структурированы. Данным присваиваются различные атрибуты или теги, которые могут быть использованы для поиска по содержимому документа. Базы данных NoSQL, ориентированные на документы, особенно полезны для систем управления контентом и блогов. Наиболее часто используемым форматом данных является JSON (JavaScript Object Notation), который позволяет быстро обмениваться данными между приложениями.

Графовые базы данных

Графовая база данных использует узлы и ребра для представления отношений между данными. Сеть отношений между данными организуется с помощью узлов и их связей друг с другом. Для наборов данных с сильно взаимосвязанной информацией графовые базы данных NoSQL обеспечивают гораздо более высокую производительность, чем реляционные базы данных SQL. Они в основном используются в приложениях социальных сетей, например, для представления отношений между подписчиками в Twitter или Instagram.

Базы данных значений ключей

Если в базах данных SQL используются жесткие схемы и таблицы, то в базах данных типа «ключ-значение» данные хранятся в виде пар «ключ-значение». Отдельные значения связаны с определенными ключами, при этом сам набор данных выступает в качестве ключа и представляет собой значение. Ключ также формирует индекс, который может быть использован для поиска в базе данных. Ключи баз данных NoSQL с ключами-значениями всегда уникальны и похожи на первичные ключи реляционных баз данных.

Базы данных, ориентированные на столбцы

В отличие от реляционных моделей баз данных, системы баз данных, ориентированные на столбцы, хранят данные в столбцах, а не в строках. Это позволяет ускорить процессы чтения данных и повысить производительность. Эта модель NoSQL в основном используется для приложений по поиску и анализу данных.

Преимущества NoSQL перед SQL

В зависимости от приложения, NoSQL может предложить определенные преимущества перед традиционными реляционными базами данных: В то время как системы SQL быстро выходят из строя, например, при работе с большими данными, базы данных NoSQL имеют высокопроизводительные, масштабируемые модели, которые могут считывать и обрабатывать большие объемы данных с максимальной скоростью.

Базы данных NoSQL избегают жестких схем систем SQL и используют более гибкие модели, которые идеально подходят для обработки больших объемов данных. Поскольку базы данных NoSQL хранят данные на распределенных аппаратных кластерах, они менее подвержены сбоям и значительно дешевле, чем установка одного высокопроизводительного сервера, ресурсы которого регулярно исчерпываются и требуют замены.

  База данных SQL База данных NoSQL
Тип Одна база данных для всего Различные модели баз данных, такие как документно-ориентированная, графовая, база данных с ключами и база данных, ориентированная на столбцы
Хранение данных Отдельные данные (например, «Название книги») хранятся в строках таблицы и присваиваются определенным атрибутам (например, «Автор», «Год издания» и так далее). Наборы данных хранятся в отдельных таблицах и объединяются системой во время сложного поиска. Вместо таблиц в базах данных NoSQL используются документы, ключевые значения, графы или столбцы.
Схемы Тип и структура данных определяются заранее. Для хранения новой информации необходимо перестраивать всю базу данных (и выводить ее в автономный режим). Гибкость. Новые наборы данных могут быть немедленно добавлены. Структурированные, полуструктурированные и неструктурированные данные можно хранить вместе; предварительное преобразование не требуется.
Масштабирование Вертикальное масштабирование. Один сервер должен поддерживать всю систему баз данных, что приводит к снижению производительности при больших объемах данных. Горизонтальное масштабирование. Каждый администратор может добавлять новые товарные и облачные серверы, а база данных NoSQL автоматически отправляет данные на все серверы.
Модель разработки Открытый исходный код (например, MySQL) или платное программное обеспечение (база данных Oracle) Открытый исходный код или платное программное обеспечение
Свойства ACID: Атомарность, согласованность, изоляция, долговечность. Базы данных SQL обладают всеми свойствами ACID. Транзакции ACID обычно не поддерживаются, чтобы сохранить гибкость и горизонтальную масштабируемость баз данных NoSQL. Вместо этого используется модель BASE (Basically Available, Soft State, Eventually Consistent). В этой модели приоритет отдается доступности, а не согласованности.
Производительность Использует индексы для больших объемов данных. Запросы, индексы и структура должны быть оптимизированы для повышения производительности SQL-систем. Базы данных NoSQL намного мощнее, поскольку используют облачные серверы и аппаратные кластеры.
API Запросы для хранения и извлечения данных подаются с использованием языка структурированных запросов (SQL). Данные хранятся и запрашиваются с помощью объектно-ориентированных API.

Четыре популярных решения NoSQL с первого взгляда

Большинство баз данных NoSQL используют программное обеспечение с открытым исходным кодом, которое может загрузить любой пользователь Интернета. Это значительно облегчает начало работы с ними. Вы можете загрузить ряд бесплатных приложений NoSQL, изучить их работу и первоначально использовать их просто для дополнения существующей базы данных SQL. Хорошо известны следующие базы данных NoSQL:

Cassandra

Cassandra — это ориентированная на столбцы база данных NoSQL, оптимизированная для хранения и обработки больших массивов данных.

CouchDB

Документо-ориентированная база данных CouchDB использует интуитивно понятный HTTP/JSON API и может быть реализована для любой области применения, от больших данных до мобильных и веб-приложений.

Neo4j

Neo4j позволяет интегрировать данные в облачную графовую базу данных NoSQL. Самое главное, что она может графически представлять взаимосвязи между отдельными наборами данных и распознавать закономерности.

Redis

База данных «ключ-значение» Redis — это база данных in-memory. Она хранит данные непосредственно в кэше для повышения производительности.

Оцените статью
cdelat.ru
Добавить комментарий