نحوه مدیریت و پردازش داده‌ها در طول سال‌ها به سرعت تغییر می‌کند، و در مسیر با جدیدترین روندهای فناوری قرار می‌گیریم. سیستم‌های مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای سنتی، مانند MySQL، Oracle و SQL Server، همیشه اولین انتخاب برای حفظ یکپارچگی داده‌ها و جستجوی سریع بوده‌اند، اما با ظهور داده‌های بزرگ، پایگاه‌های داده NoSQL (نه فقط SQL) ظهور کردند و بیشتر شدند. به دلیل سرعت، انعطاف پذیری و مقیاس پذیری آنها محبوب هستند. حال، سوالی که به طور طبیعی مطرح می شود این است که NoSQL چیست و چه زمانی برای استفاده از پایگاه داده NoSQL مناسب است؟
پایگاه داده NoSQL چیست؟
NoSQL که با نام‌های «نه تنها SQL» یا «غیر SQL» نیز شناخته می‌شود، رویکردی برای طراحی پایگاه داده است که ذخیره‌سازی و استعلام داده‌ها را خارج از ساختارهای سنتی پایگاه‌های داده غیررابطه‌ای را امکان‌پذیر می‌سازد.
در حالی که NoSQL هنوز می‌تواند داده‌های موجود در سیستم‌های مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای (RDBMS) را ذخیره کند، فقط آنها را در مقایسه با RDBMS متفاوت ذخیره می‌کند. تصمیم برای استفاده از پایگاه داده رابطه ای در مقابل پایگاه داده غیررابطه ای عمدتاً متنی است و بسته به مورد استفاده متفاوت است.
به جای ساختار جدولی معمولی یک پایگاه داده رابطه ای، پایگاه های داده NoSQL، داده ها را در یک ساختار داده مانند داکیومنت JSON قرار می دهد. از آنجایی که این طراحی پایگاه داده غیررابطه ای نیازی به اشکال ندارد، مقیاس پذیری سریع را برای مدیریت مجموعه داده های بزرگ و معمولاً بدون ساختار ارائه می دهد.
NoSQL نیز نوعی پایگاه داده توزیع شده است، به این معنی که اطلاعات در سرورهای مختلف کپی و ذخیره می شود، که می تواند از راه دور یا محلی باشد. این امر در دسترس بودن و قابلیت اطمینان داده ها را تضمین می کند. اگر برخی از داده ها آفلاین شوند، بقیه پایگاه داده می توانند به کار خود ادامه دهند.
امروزه، شرکت‌ها باید حجم داده‌های بزرگ را با سرعت بالا با توانایی افزایش سریع مقیاس برای اجرای برنامه‌های وب مدرن تقریباً در هر صنعتی مدیریت کنند. در این دوره از رشد در فضای ابری، داده های بزرگ و برنامه های کاربردی موبایل و وب، پایگاه های داده NoSQL این سرعت و مقیاس پذیری را ارائه می دهند و آن را به انتخابی محبوب برای عملکرد و سهولت استفاده تبدیل می کنند.
NoSQL در مقابل SQL
زبان کوئری ساختاریافته (SQL) معمولاً در رابطه با NoSQL ارجاع داده می شود. برای درک بهتر تفاوت بین NoSQL و SQL، ممکن است به درک تاریخچه SQL، یک زبان برنامه نویسی که برای بازیابی اطلاعات خاص از پایگاه داده استفاده می شود، کمک کند.
قبل از پایگاه داده های رابطه ای، شرکت ها از سیستم پایگاه داده سلسله مراتبی با ساختاری درخت مانند برای جداول داده استفاده می کردند. این سیستم های مدیریت پایگاه داده اولیه (DBMS) کاربران را قادر می ساخت تا مقادیر زیادی از داده ها را سازماندهی کنند. با این حال، آنها پیچیده بودند، اغلب مختص یک برنامه خاص، و در راه هایی که می توانستند در داده ها کشف کنند، محدود بودند. این محدودیت ها در نهایت منجر به توسعه سیستم های مدیریت پایگاه داده رابطه ای شد که داده ها را در جداول مرتب می کرد. SQL یک رابط برای تعامل با داده های رابطه ای ارائه می دهد که به تحلیلگران اجازه می دهد جداول را با ادغام در زمینه های مشترک به هم متصل کنند.
با گذشت زمان، تقاضا برای استفاده سریعتر و متفاوت‌تر از مجموعه داده‌های بزرگ به‌طور فزاینده‌ای برای فناوری‌های نوظهور، مانند برنامه‌های کاربردی تجارت الکترونیک، مهم‌تر شد. برنامه نویسان به چیزی انعطاف پذیرتر از پایگاه داده های SQL (یعنی پایگاه داده های رابطه ای) نیاز داشتند. NoSQL به آن جایگزین تبدیل شد.
در حالی که NoSQL جایگزینی برای SQL ارائه کرد، این پیشرفت به هیچ وجه جایگزین پایگاه های داده SQL نشد. به عنوان مثال، فرض کنید که شما سفارشات خرده فروشی را در یک شرکت مدیریت می کنید. در یک مدل رابطه‌ای، جداول جداگانه داده‌های مشتری، داده‌های سفارش و داده‌های محصول را به طور جداگانه مدیریت می‌کنند و از طریق یک کلید مشترک و منحصر به فرد، مانند شناسه مشتری یا شناسه سفارش، به یکدیگر متصل می‌شوند. در حالی که این برای ذخیره و بازیابی سریع داده ها عالی است، به حافظه قابل توجهی نیاز دارد. هنگامی که می خواهید حافظه بیشتری اضافه کنید، پایگاه داده های SQL فقط می توانند به صورت عمودی مقیاس شوند، نه افقی، به این معنی که توانایی شما برای افزودن حافظه بیشتر به سخت افزاری که دارید محدود می شود. نتیجه این است که مقیاس عمودی در نهایت ذخیره و بازیابی داده های شرکت شما را محدود می کند.
در مقایسه، NoSQL database sarenon-relational، که نیاز به اتصال جداول را از بین می‌برد. شاردینگ داخلی آنها و قابلیت‌های دسترسی بالا، مقیاس‌بندی افقی را آسان می‌کند. اگر یک سرور پایگاه داده واحد برای ذخیره تمام داده‌های شما یا رسیدگی به تمام درخواست‌ها کافی نباشد، حجم کار را می‌توان در دو یا چند سرور تقسیم کرد و به شرکت‌ها اجازه می‌دهد داده‌های خود را به صورت افقی مقیاس‌بندی کنند.
در حالی که هر نوع پایگاه داده مزایای خاص خود را دارد، شرکت ها معمولاً از هر دو پایگاه داده NoSQL و رابطه ای در یک برنامه واحد استفاده می کنند. ارائه دهندگان ابری امروزی می توانند از پایگاه داده های SQL یا NoSQL پشتیبانی کنند. اینکه کدام پایگاه داده را انتخاب کنید به اهداف شما بستگی دارد.
برای بررسی عمیق‌تر تفاوت‌های بین این دو گزینه، به «پایگاه‌های داده SQL در مقابل NoSQL: تفاوت چیست؟» مراجعه کنید.
انواع پایگاه داده NoSQL
NoSQL گزینه های دیگری را برای سازماندهی داده ها به طرق مختلف ارائه می دهد. با ارائه ساختارهای داده‌های متنوع، NoSQL می‌تواند برای تجزیه و تحلیل داده‌ها، مدیریت داده‌های بزرگ، شبکه‌های اجتماعی و توسعه اپلیکیشن موبایل استفاده شود.
ANoSQLdatabase اطلاعات را با استفاده از هر یک از این مدل های داده اولیه مدیریت می کند:
فروشگاه با key-value
این معمولاً ساده ترین شکل پایگاه داده NoSQL در نظر گرفته می شود. این مدل داده بدون اسکیما در فرهنگ لغت جفت های کلید-مقدار (key-value) سازماندهی شده است، جایی که هر مورد دارای یک کلید و یک مقدار است. این کلید می‌تواند مانند چیزی مشابه موجود در پایگاه داده SQL باشد، مانند id سبد خرید، در حالی که مقدار آن آرایه‌ای از داده‌ها است، مانند هر کالای جداگانه در سبد خرید آن کاربر. معمولاً برای ذخیره و ذخیره اطلاعات جلسه کاربر، مانند سبد خرید، استفاده می شود. با این حال، زمانی که نیاز دارید چندین رکورد را همزمان بگیرید، ایده آل نیست. Redis و Memcached نمونه‌هایی از پایگاه‌های داده منبع باز کلید-مقدار هستند.
فروشگاه اسناد
همانطور که از نام نشان می دهد، پایگاه های داده اسناد، داده ها را به عنوان اسناد ذخیره می کنند. آنها می توانند در مدیریت داده های نیمه ساختاریافته مفید باشند و داده ها معمولاً در قالب های JSON، XML یا BSON ذخیره می شوند. این داده ها را هنگام استفاده در برنامه ها کنار هم نگه می دارد و میزان ترجمه مورد نیاز برای استفاده از داده ها را کاهش می دهد. توسعه‌دهندگان همچنین انعطاف‌پذیری بیشتری به دست می‌آورند زیرا اسکیما های داده نیازی به تطابق بین اسناد ندارند (مثلاً نام در مقابل first_name). با این حال، این می تواند برای تراکنش های پیچیده مشکل ساز باشد و منجر به خراب شدن داده ها شود. موارد استفاده رایج از پایگاه داده اسناد شامل سیستم های مدیریت محتوا و پروفایل های کاربر است. نمونه ای از یک پایگاه داده داکیومنت گرا MongoDB، جزء پایگاه داده استک theMEAN است.
آیا می خواهید درباره MongoBD بیشتر بدانید؟
فروشگاه ستون عریض
این پایگاه‌های اطلاعاتی اطلاعات را در ستون‌ها ذخیره می‌کنند و کاربران را قادر می‌سازند تا بدون تخصیص حافظه اضافی روی داده‌های نامربوط، تنها به ستون‌های خاصی که نیاز دارند دسترسی داشته باشند. این پایگاه داده سعی می‌کند کاستی‌های ذخیره‌سازی کلید و ارزش و اسناد را برطرف کند، اما از آنجایی که می‌تواند سیستم پیچیده‌تری برای مدیریت باشد، برای تیم‌ها و پروژه‌های جدیدتر استفاده از آن توصیه نمی‌شود. Apache HBase و Apache Cassandra نمونه هایی از پایگاه داده های منبع باز و ستون های گسترده هستند. ApacheHBase بر روی سیستم فایل‌های توزیع شده Hadoop ساخته شده است که راهی برای ذخیره مجموعه‌های sparsedata فراهم می‌کند که معمولاً در بسیاری از برنامه‌های داده بزرگ استفاده می‌شود. از سوی دیگر، ApacheCassandra برای مدیریت مقادیر زیادی داده در چندین سرور و خوشه‌بندی که مراکز چندداده را در بر می‌گیرد، طراحی شده است. از آن برای موارد مختلف استفاده می شود، مانند وب سایت های شبکه های اجتماعی و تجزیه و تحلیل داده ها در زمان واقعی.
فروشگاه گراف
این نوع پایگاه داده معمولاً داده های یک نمودار دانش را در خود جای می دهد. عناصر داده به صورت گره، لبه و ویژگی ذخیره می شوند. هر شی، مکان یا شخصی می تواند یک گره باشد. یک لبه رابطه بین گره ها را مشخص می کند. به عنوان مثال، یک گره می تواند یک کلاینت مانند IBM و یک آژانس مانند Ogilvy باشد. یک مزیت این است که رابطه را به عنوان رابطه کلاینت بین IBM و Ogilvy طبقه بندی کنیم.
پایگاه داده های گراف برای ذخیره و مدیریت شبکه ای از اتصالات بین عناصر درون گراف استفاده می شود. Neo4j (پیوند در خارج از ibm.com قرار دارد)، یک سرویس پایگاه داده مبتنی بر نمودار مبتنی بر جاوا با نسخه anopen-sourcecommunity که در آن کاربران می‌توانند مجوزها را برای افزونه‌های در دسترس بودن پشتیبان آنلاین یا نسخه‌های دارای مجوز پیش بسته همراه با نسخه پشتیبان و برنامه‌های افزودنی خریداری کنند. .
فروشگاه درون حافظه
با این نوع پایگاه داده، مانند IBM solidDB، داده ها به جای روی دیسک در حافظه اصلی قرار می گیرند و دسترسی به داده ها را سریعتر از پایگاه های داده معمولی مبتنی بر دیسک می کند.
نمونه هایی از پایگاه های داده NoSQL
بسیاری از شرکت ها وارد چشم انداز NoSQL شده اند. علاوه بر موارد ذکر شده در بالا، در اینجا چند پایگاه داده محبوب NoSQL وجود دارد:
ApacheCouchDB، منبع باز، پایگاه داده مبتنی بر اسناد JSON که از زبان کوئری خود جاوا اسکریپتاس استفاده می کند.
Elasticsearch، یک پایگاه داده مبتنی بر داکیومنت که شامل یک موتور جستجوی متن کامل است.
Couchbase، پایگاه داده akey-value anddocument که به توسعه دهندگان این امکان را می دهد تا برنامه های کاربردی پاسخگو و انعطاف پذیر برای رایانش ابری، تلفن همراه و لبه بسازند.
مزایای NoSQL
هر نوع پایگاه داده NoSQL دارای نقاط قوتی است که آن را برای موارد استفاده خاص بهتر می کند. با این حال، همه آنها مزایای زیر را برای توسعه دهندگان به اشتراک می گذارند و چارچوبی را برای ارائه خدمات بهتر به مشتریان ایجاد می کنند، از جمله:
مقرون به صرفه بودن: نگهداری از RDBMS های تجاری و پیشرفته گران است. آنها به خرید مجوزها، مدیران پایگاه داده آموزش دیده و سخت افزار قدرتمند برای مقیاس عمودی نیاز دارند.پایگاه های داده NoSQL به شما امکان می دهد تا به سرعت مقیاس افقی را انجام دهید و منابع را بهتر تخصیص دهید تا هزینه ها را به حداقل برسانید.
انعطاف‌پذیری: مقیاس‌بندی افقی و مدل داده‌های انعطاف‌پذیر همچنین به معنای پایگاه‌داده‌های NoSQL است که می‌تواند به حجم زیادی از داده‌هایی که به سرعت در حال تغییر هستند رسیدگی کند، و آنها را برای توسعه چابک، تکرارهای سریع و فشار مکرر کد عالی می‌کند.
Replication: NoSQLreplicationfunctionality داده ها را در چندین سرور کپی و ذخیره می کند. این تکرار قابلیت اطمینان داده ها را فراهم می کند، دسترسی را در زمان خاموشی تضمین می کند و در صورت آفلاین شدن سرورها در برابر از دست دادن داده ها محافظت می کند.
سرعت: NoSQL ذخیره‌سازی و پردازش سریعتر و چابک‌تری را برای همه کاربران، از توسعه‌دهندگان گرفته تا تیم‌های فروش و مشتریان، امکان‌پذیر می‌کند. سرعت همچنین پایگاه داده های NoSQL را به طور کلی برای برنامه های کاربردی وب مدرن، پیچیده، سایت های تجارت الکترونیک یا برنامه های تلفن همراه مناسب تر می کند.
به طور خلاصه، پایگاه داده NoSQL عملکرد، در دسترس بودن و مقیاس پذیری بالایی را ارائه می دهد.
موارد استفاده از NoSQL
ساختار و نوع پایگاه داده NoSQL که انتخاب می کنید به نحوه برنامه ریزی سازمان شما برای استفاده از آن بستگی دارد. در اینجا چند کاربرد خاص برای انواع مختلف پایگاه داده NoSQL آورده شده است.
مدیریت روابط داده ها: مدیریت تجمع پیچیده داده ها و روابط بین این نقاط معمولاً با یک پایگاه داده NoSQL مبتنی بر نمودار انجام می شود. این شامل موتورهای توصیه، نمودارهای دانش، برنامه‌های تشخیص تقلب و شبکه‌های اجتماعی می‌شود، جایی که ارتباط بین افراد با استفاده از انواع داده‌ها برقرار می‌شود.
عملکرد کم تأخیر: بازی، برنامه‌های تناسب اندام خانگی و فناوری تبلیغات همگی برای مدیریت داده‌های بلادرنگ به توان عملیاتی بالایی نیاز دارند. این زیرساخت بیشترین ارزش را برای مصرف‌کننده فراهم می‌کند، چه به‌روزرسانی‌های پیشنهادی بازار یا بازگرداندن مرتبط‌ترین آگهی‌ها.برنامه های کاربردی وب برای ارائه زمان پاسخ سریع و مدیریت افزایش مصرف بدون تاخیری که با ذخیره سازی دیسک همراه است، به پایگاه داده درون حافظه ای NoSQL نیاز دارند.
مقیاس‌بندی و حجم داده‌های بزرگ: تجارت الکترونیک به توانایی مدیریت افزایش مصرف زیاد نیاز دارد، چه برای فروش یک روزه یا در فصل خرید تعطیلات.پایگاه‌های داده‌های کلیدی اغلب در برنامه‌های کاربردی تجارت الکترونیک استفاده می‌شوند، زیرا ساختار ساده آن به راحتی در زمان‌های ترافیک سنگین بزرگ‌تر می‌شود. این چابکی برای برنامه‌های بازی، Adtech و اینترنت اشیا (IoT) ارزشمند است.
Microservices و پایگاه های داده NoSQL
نیاز شرکت‌های بزرگ به ارائه خدمات بدون تأخیر و مقیاس‌پذیری سریعتر باعث رشد میکروسرویس‌ها شده است، که شرکت‌ها را به بررسی نوع پایگاه داده برای کاربردهای مختلف سوق داده است.
شرکت‌ها دریافته‌اند که استفاده از یک پایگاه‌داده ارتباطی واحد برای هر مؤلفه یک برنامه دارای محدودیت‌هایی است، به‌ویژه زمانی که جایگزین‌های بهتری برای مؤلفه‌های خاص وجود داشته باشد.Microservices تا حدودی گزینه جذابی هستند، زیرا نیاز به یک ذخیره‌سازی داده مشترک را برای یک برنامه کامل از بین می‌برند. درعوض، این برنامه دارای سرویس‌های زیادی است که به صورت آزاد و مستقل قابل استقرار هستند، که هر کدام مدل داده و پایگاه داده خود را دارند و از طریق APIgateways یا aniPaaS یکپارچه شده‌اند.
الگوی استفاده از پایگاه داده های متعدد در یک برنامه واحد، که به عنوان پایداری چند زبانه نیز شناخته می شود، به ایجاد فضایی در بازار برای پایگاه داده NoSQL برای رشد کمک کرده است. امروزه، توسعه‌دهندگان می‌توانند از پایگاه داده مناسب برای میکروسرویس مناسب استفاده کنند، بدون اینکه تلاش کنند همه چیز در چارچوب یک پایگاه داده رابطه‌ای کار کند.
معایب NoSQL
معایب استفاده از پایگاه داده NoSQL شامل موارد زیر است:
هر پایگاه داده NoSQL دستور خود را برای پرس و جو و مدیریت داده ها دارد. این برخلاف SQL است که زبانی برای سیستم های پایگاه داده رابطه ای و SQL است.
فقدان طرح و محدودیت های پایگاه داده سفت و سخت، حفاظت از یکپارچگی داده ها را که در سیستم های پایگاه داده رابطه ای و SQL تعبیه شده اند، حذف می کند.
یک طرح واره با نوعی ساختار برای استفاده از داده ها مورد نیاز است. با NoSQL، این کار باید توسط توسعه دهنده برنامه به جای مدیر پایگاه داده انجام شود.
از آنجایی که اکثر پایگاه‌های داده NoSQL از مدل سازگاری نهایی استفاده می‌کنند، سطح سازگاری داده‌ها را مانند پایگاه‌های داده SQL ارائه نمی‌کنند. در برخی مواقع داده‌ها سازگار نیستند، به این معنی که برای تراکنش‌هایی که نیاز به یکپارچگی فوری دارند، مانند تراکنش‌های بانکی و خودپرداز، مناسب نیستند.
از آنجایی که پایگاه های داده NoSQL جدیدتر هستند، هیچ استاندارد صنعتی جامعی مانند پیشنهادات DBMS رابطه ای و SQL وجود ندارد.
نتیجه
در این مقاله از آنوفل با پایگاه داده NoSQL آشنا شدیم و آن را بررسی کردیم و به خاطر داشته باشید انتخاب دیتابیس همیشه نباید یک مبارزه باشد، SQL در مقابل NoSQL، شما مطمئناً می توانید یک رویکرد ترکیبی را در نظر بگیرید و از هر دو پایگاه داده SQL و NoSQL بهترین استفاده را ببرید.