Функции и преимущества баз данных NoSQL

За последние 15 лет требования к разработке современных приложений коренным образом изменились — все большие объемы данных должны храниться, обрабатываться и обновляться все быстрее и быстрее. Когда дело доходит до обработки больших объемов данных, нереляционные базы данных или базы данных NoSQL производят фурор уже довольно давно. Но что такое NoSQL на самом деле? И какие преимущества предлагает этот современный подход к работе с базами данных?

Что такое NoSQL?

NoSQL означает » не только SQL «, и модель базы данных именно такой хочет себя видеть: ни в коем случае не аналогом, а скорее обогащением и полезным дополнением к традиционным реляционным базам данных SQL. При этом базы данных NoSQL преодолевают ограничения реляционных систем и вместо этого используют альтернативные модели баз данных. Однако это не должно означать, что системы SQL не используются. Существует также множество смешанных вариантов, в которых используются оба решения и которые также подпадают под общий термин NoSQL.

Вплоть до конца 2000-х годов базы данных SQL были лучшим средством разработки приложений. Другие подходы, такие как объектно- ориентированные базы данных, никогда не достигали такого высокого статуса из-за их сложной обработки и реализации. Настоящей альтернативой стала разработка баз данных NoSQL, которые стали ответом на ограничения и проблемы реляционных баз данных, потому что реляционные базы данных часто уже не соответствуют требованиям современной разработки приложений. Вместо этого системы NoSQL используют преимущества инноваций, таких как облачные серверы, для предоставления альтернативной модели данных, которая хранит и обрабатывает широкий спектр данных.может стать. Результирующие структуры данных являются мощными и гибкими и могут быстро реагировать на меняющиеся требования.

Системы NoSQL часто называют структурированными хранилищами данных, что иллюстрирует существенное отличие от реляционных баз данных SQL: в отличие от них, базы данных NoSQL не используют схемы жестких таблиц, в которых данные должны быть определены перед сохранением. Они полагаются на более гибкие методы, которые можно использовать для простого ввода новых записей данных, которые постоянно обновляются в приложении. Решения NoSQL также подходят для обработки неструктурированных или даже неизвестных данных, что невозможно с реляционной базой данных.

Как работают базы данных NoSQL?

В отличие от реляционных баз данных на основе SQL, базы данных NoSQL не используют традиционные таблицы со строками и столбцами для хранения данных. 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, в которых необходимо обрабатывать большие объемы данных и которые поэтому требуют гибких структур. Поскольку в системах NoSQL используются аппаратные кластеры и облачные серверы, ресурсы распределяются равномерно.и база данных работает бесперебойно даже при интенсивном трафике данных. В отличие от реляционных баз данных, которые быстро теряют производительность по мере увеличения объема данных, базы данных NoSQL представляют собой мощное, гибкое и масштабируемое решение даже при больших объемах данных.

Особенностью NoSQL-систем также является горизонтальное масштабирование. Реляционные базы данных SQL масштабируются и полагаются на один сервер для всей своей мощности. Чтобы увеличить свои мощности, им пришлось бы инвестировать в более мощный сервер — это не только дорого в долгосрочной перспективе, но и ограничивает возможности в разработке приложений. Решения NoSQL обычно распределяют данные по нескольким серверам. Если объем данных увеличивается, просто добавляются новые серверы. Это позволяет базам данных NoSQL без проблем хранить и обрабатывать большие объемы данных, что делает их особенно подходящими для приложений с большими данными.

Четыре наиболее важных подхода NoSQL

Хранилища структурированных данных обходятся без жестких схем своих реляционных конкурентов и поэтому могут особенно хорошо использоваться для приложений больших данных. В мире уже существует множество различных систем NoSQL, в основном с открытым исходным кодом, структура которых различается в зависимости от поставщика и требований. Хотя единого регулирования нет, различные подходы NoSQL можно разделить на четыре основные категории.

Документоориентированные базы данных

В ориентированных на документы базах данных NoSQL данные хранятся непосредственно в документах разной длины. Данные не должны быть структурированы. Им присваиваются различные атрибуты или так называемые «метки», по которым можно осуществлять поиск содержимого документа. Документно-ориентированные базы данных NoSQL особенно хорошо подходят для систем управления контентом и блогов. Используемый сегодня формат данных — это в основном JSON ( нотация объектов Java Script ), который обеспечивает быстрый обмен данными между приложениями.

Графовые базы данных

База данных графа изображает отношения между данными с помощью узлов и ребер. Сеть отношений данных организована через узлы и их соединения друг с другом. В случае с базами данных с сильно сетевой информацией графовые базы данных NoSQL обеспечивают значительно более высокую производительность, чем реляционные базы данных SQL. В основном они используются в сфере социальных сетей — например, чтобы показать отношения между подписчиками в Twitter или Instagram.

Базы данных ключевых значений

В то время как реляционные базы данных SQL используют жесткие схемы и таблицы, базы данных » ключ-значение » хранят данные в виде пар «ключ-значение ». Отдельные значения назначаются определенным ключам, при этом сама запись данных действует как ключ (ключ) и представляет значение (значение). Ключ также формирует индекс, с помощью которого можно осуществлять поиск в базе данных. Ключи баз данных значений ключа NoSQL всегда уникальны и могут сравниваться с первичными ключами реляционных баз данных.

Базы данных, ориентированные на столбцы

В отличие от моделей реляционных баз данных, системы баз данных, ориентированные на столбцы, хранят записи данных в столбцах, а не в строках. Это приводит к более коротким процессам чтения данных и более высокой производительности. Эта модель NoSQL в основном используется для программ интеллектуального анализа и анализа данных.

Преимущества NoSQL перед SQL

В зависимости от приложения NoSQL может предложить определенные преимущества по сравнению с классическими реляционными базами данных: там, где системы SQL быстро перегружаются, например, при работе с большими данными, базы данных NoSQL предлагают высокопроизводительные масштабируемые модели, которые могут считывать и обрабатывать большие объемы данных. на максимальной скорости.

Базы данных NoSQL переходят от жестких схем систем SQL к гибким моделям, которые идеально подходят для обработки больших объемов данных. Благодаря хранению на распределенных аппаратных кластерах они менее подвержены сбоям и значительно дешевле, чем установка одного высокопроизводительного сервера, ресурсы которого регулярно заканчиваются и который затем приходится заменять.

	База данных SQL	База данных NoSQL
Добрый	Одна база данных для всего	Различные модели баз данных, такие как B. База данных документов, графиков, пар «ключ-значение» и столбцов
хранилище данных	Отдельные данные (например, «название книги») хранятся в строках таблицы и связаны с определенными атрибутами (например, «автор», «год публикации» и т. д.). Записи данных сохраняются в отдельных таблицах и объединяются системой для сложных поисковых запросов.	Базы данных NoSQL используют не таблицы, а целые документы, ключевые значения, графики или столбцы, в зависимости от типа.
схемы	Тип и структура данных определяются заранее. Чтобы сохранить новую информацию, всю базу данных необходимо настроить (и для этого отключить).	Гибкий. Новые записи могут быть добавлены немедленно. Структурированные, полуструктурированные и неструктурированные данные могут храниться вместе без необходимости предварительного преобразования.
масштабирование	Вертикальное масштабирование. Один сервер должен поддерживать производительность всей системы баз данных, что приводит к падению производительности при больших объемах данных.	Горизонтальное масштабирование. Любой администратор может добавлять новые товарные и облачные серверы, база данных NoSQL автоматически отправляет данные на все серверы.
модель развития	Программное обеспечение с открытым исходным кодом (например, MySQL) или платное программное обеспечение (база данных Oracle)	Программное обеспечение с открытым исходным кодом или платное
Свойства ACID: атомарность, консистенция, изоляция, долговечность	Для баз данных SQL указаны все свойства ACID.	Чтобы базы данных NoSQL оставались гибкими и горизонтально масштабируемыми, транзакции ACID в основном не поддерживаются. Вместо этого используется базовая модель (базово доступная, мягкое состояние, в конечном счете согласованная). Соответственно, применяется следующее: доступность важнее согласованности.
мощность	Используйте индексы при увеличении объема данных. Для повышения производительности систем SQL необходимо оптимизировать запросы, индексы и структуру.	Благодаря использованию облачных серверов и аппаратных кластеров базы данных NoSQL имеют значительно более высокую производительность.
API	Запросы для хранения и извлечения данных отправляются с использованием SQL (язык структурированных запросов).	Данные хранятся и запрашиваются через объектно-ориентированные API.

Краткий обзор четырех популярных решений NoSQL

Большинство баз данных NoSQL представляют собой программное обеспечение с открытым исходным кодом, бесплатно доступное для всех пользователей Интернета. Это значительно упрощает начало работы: вы можете бесплатно загрузить множество приложений NoSQL, ознакомиться с ними и сначала использовать их только в качестве дополнения к вашей базе данных SQL. Следующие базы данных NoSQL уже неоднократно зарекомендовали себя:

Cassandra

Cassandra — это столбцовая база данных NoSQL, оптимизированная для хранения и обработки больших наборов данных.

CouchDB

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

Neo4j

С Neo4j данные могут быть интегрированы в облачную графовую базу данных NoSQL. Прежде всего, его можно использовать для графического отображения взаимосвязей между отдельными наборами данных и распознавания закономерностей.

Redis

База данных «ключ-значение » Redis — это так называемая база данных в памяти: она хранит данные непосредственно в кеше и, таким образом, обеспечивает еще более высокую производительность.