Глобальные сервисы требуют совершенно иного подхода к обработке и хранению информации, по сравнению с тем, что использовалось в прошлом. Реляционные и нереляционные базы данных помогают учесть разные потребности компаний.
Что такое NoSQL базы данных
SQL — язык, созданный в конце 80-х для упрощения работы с таблицами. От этой аббревиатуры пошло название популярных систем управления базами данных (СУБД) таких, как MySQL PostgreSQL и прочих. NoSQL расшифровывается как Not Only SQL или No SQL. Структуры хранения формировались в 2000-х.
Можно отметить, что NoSQL объединяет разные модели, не попадающие под определение реляционных баз данных. Структура определяется для каждой задачи индивидуально, что позволяет добиться высокой производительности.
Используя NoSQL, разработчики создают модель хранения данных. Притом структура может быть представлена в формате таблицы, документа или графа. Ограничений касательно форматов нет. Хранилище можно приспособить для работы с любыми данными.
Особенности реляционной базы
Чтобы понять, чем не является NoSQL, следует указать основные свойства табличного хранения, которые были сформулированы в конце прошлого века. Реляционная база близка к математическим множествам по многим параметрам.
Некоторые важные свойства подобной модели:
- Информация хранится в таблицах, между которыми может существовать связь типа один к одному, один ко многим или многие ко многим.
- В любой таблице есть Primary Key. Это уникальный элемент, который однозначно указывает строку в таблице. Столбец с главным ключом задается на этапе объявления базы.
- Ключ обеспечивает логическую доступность данных. Также для этого используются уникальные идентификаторы таблиц и названия столбцов в них.
- Существуют системные таблицы, которые хранят вспомогательную информацию. Они требуются для работы СУБД.
- На этапе объявления указывают используемые типы для всех столбцов. Можно контролировать выделяемую память, а также маркировать ячейки, обязательные для заполнения. Если столбец не был отмечен подобным образом, то в него помещают какое-то значение по умолчанию или спец. символ NULL, обозначающий пустоту.
Модель определяется на моменте разработки проекта. Вносить изменения в логическую структуру сложно. Зато требования СУБД при заполнении базы гарантируют связность данных. Физическая модель, которая реализована на дисках, может отличаться от логической. Однако разница не должна влиять на особенности работы БД.
Язык SQL предусматривает несколько форматов запросов: создание таблиц, внесение и редактирование строк, получение представлений, основой которым могут служить данные, распределенные между несколькими таблицами и так далее.
NoSQL и ACID
Основой, которой придерживаются разработчики реляционных баз, является стабильность. Гарантия того, что все транзакции будут завершены, а содержимое базы останется согласованным, долгое время оставалась базовым понятием при хранении информации. Основные принципы зашифрованы под аббревиатурой ACID.
Создатели NoSQL отказались от соблюдения всех правил. ACID заменили на более мягкие требования BASE. NoSQL должна отвечать двум критериям из трех: согласованность, атомарность или устойчивость к разделению.
Справка! Разработчики некоторых NoSQL баз данных заявляли о соответствии требованиям ACID, но стандартом для нереляционных структур все же является BASE.
Почему появилась модель NoSQL
В эпоху BigData способы эффективного хранения стали изучаться активней. Большие объемы информации, которые требуют анализа и обработки, не всегда удавалось уместить в формат таблиц.
Реляционные базы данных и принципы, которые обязательны для их построения, стали ограничивать разработчиков. NoSQL может отступать от любых правил, которым подчиняется реляционная база.
Нереляционные базы подходят для распределенного хранения информации. С развитием интернета потребность в быстро масштабируемых системах возросла. Реляционные базы уже не закрывают полностью запросы разработчиков и компаний.
Справка! NoSQL нельзя назвать единой моделью. Между разными вариантами сходство найти сложно. Скорей этот термин показывает отсутствие структуры и ограничений присущих реляционной базе.
Преимущества базы данных
Распространение среди разработчиков и IT-компаний нереляционные структуры данных получили благодаря множеству достоинств. Причины создания баз данных NoSQL связаны с ограничениями SQL, обход которых позволяет добиться множества преимуществ.
Масштабирование
NoSQL оптимально подходят для горизонтального масштабирования. Если требуется увеличить число записей, то достаточно подключить еще одно хранилище данных. Новая информация будет записываться на появившееся пространство. Такой формат подходит для больших объемов данных.
У реляционной БД каждая новая запись должна удовлетворять условиям, логики используемой модели. Проверка осуществляется при каждой транзакции. А обращения сформулированные, используя команду JOIN, могут требовать ответа ото всех таблиц, что исключает возможность работать с частями базы. Поэтому масштабируемость у базы данных SQL низкая.
Гибкость
Реляционная база состоит из одной или нескольких таблиц. При создании проекта требуется запланировать все особенности модели хранения данных. Перенос и изменение базы может быть трудоемким процессом.
Важно! Существенным отличием реляционной и нереляционной баз данных является отношение к структуре. NoSQL позволяет менять многие опции в процессе работы. Строить схему до объявления базы необязательно.
Высокая производительность
Правильно подобранная модель позволит получить максимальную скорость отклика. NoSQL получила широкое распространение благодаря интернет-гигантам, таким как Google.
Доступность информации и хорошая производительность была основным критерием для многих моделей. Минимальная задержка при обращении позволяет использовать NoSQL для хранения быстро меняющихся параметров.
Доступность
NoSQL всегда готова к принятию запросов. Шардирование способствует устойчивости к отказам. Система продолжит работать даже, если часть серверов окажется временно недоступна. Запрос к базе данных NoSQL не будет отклонен из-за занятости узла.
Репликация помогает модели оставаться доступной при разных обстоятельствах. А отсутствие четких требований к согласованности после записи новой информации, позволяет не проверять каждый введенный параметр.
Высокая функциональность
Способы взаимодействия с базой также не регламентированы. Для конкретной ситуации команда может разработать наиболее подходящий API, что позволит эффективней работать с информацией. При этом база данных NoSQL продуманно обходится с ресурсами системы.
Для каких задач подходят NoSQL
Учитывая особенности используемых моделей, можно создать классификацию баз данных NoSQL. Они предназначены для разных целей, поэтому сравнивать их бесполезно.
Базы данных по принципу «ключ — значение»
Простая структура хранения данных, где уникальный ключ связан с некой строкой. Можно представить в формате ассоциативного массива. Связи между двумя строками не существует. Такую структуру можно масштабировать, пока хватает памяти и вычислительной мощности.
Простота построения ограничивает возможности использования операций с данной базой данных NoSQL. Пользователь не сможет фильтровать результат поиска, основываясь на хранимых значениях. А поиск данных занимает гораздо больше времени, чем в реляционной базе.
Высокая устойчивость к разделению является главным преимуществом структуры. В сети подход получил применение при хранении данных о пользователях, например, хранение пользовательских данных по типу кэша. Такой принцип реализован в Riak и DynamoDB.
Справка! Такой формат базы дает лучшее горизонтальное масштабирование, но накладывает условия, сильно ограничивающие его применение.
Колоночные базы данных
В этом формате данные представлены в виде таблицы, что придает ей сходства с реляционной базой данных. Число колонок не ограничено и может меняться в процессе работы. Если для объекта не требуется заполнять какое-то поле, то оно остается пустым.
Этот формат является наиболее точным аналогом реляционной базы данных. В нем изменен подход к записи информации. Стандартные SQL таблицы хранятся построчно, то есть в памяти срока занимает определенную часть пространства на накопителе. Поиск по колонке может быть затруднен тем, что придется перемещаться между хранилищами.
При определенных задачах такой подход превращается в недостаток. Модель, все ячейки из одной колонки, которой сгруппированы в одном месте в хранилище, обеспечивает более высокую производительность в этой ситуации. Примером базы данных NoSQL, принадлежащей к данному типу, является Cassandra.
Документоориентированные базы данных
Если информацию можно оформить в виде структуры типа дерево или лес, то подойдет данный вариант. Это разновидность графа, при которой есть корневой узел. От него исходят связи к остальным.
Завершается дерево листьями — узлами, которые хранят непосредственно данные. Один объект может быть представлен в виде документа. Наборы можно группировать на основе какого-то сходства.
Проще всего представить такой подход на примере JSON. Объект может обладать различными полями, их число и хранимые типы данных могут варьироваться. Вложенность не ограничена. Внутри объекта может находиться другой, со своими полями и данными.
От реляционной модели этот тип NoSQL баз данных отличает то, что названия полей могут различаться. Например, адрес может быть указан в разном формате: город, улица и номер дома у одного объекта и географические координаты у другого.
Также подобная структура характерна для XML и BSON. Все три представления получили широкое распространение для хранения и передачи информации в интернете. Модель позволяет фильтровать данные с учетом полей. Пример такой базы — MongoDB.
Графовые базы данных
Не все данные можно представить в виде таблицы, массива или документа. Граф — это набор узлов и связей между ними. Такая структура подходит для описания связей в соцсетях.
Графовая база значительно отличается от остальных. Так, основной информацией в ней являются не сами объекты, а их отношения между собой. Ребра могут нести информацию о направленности связи, ее характеристиках. Узел содержит данные об объекте.
База эффективно справляется с задачами, обладающими структурой графа, демонстрируя при этом производительность и быстродействие значительно превосходящее то, что может показать реляционная БД. Ограничений на число узлов и исходящих из них ребер нет.
Сравнение SQL и NoSQL
Проектов для хранения информации множество. Выбрать среди них наиболее подходящий вариант не всегда просто. Основные идеи баз данных NoSQL и SQL можно описать, сравнив их. Такое сопоставление приведено в таблице.
| SQL | NoSQL |
| Регламентированная структура позволяет поддерживать порядок в хранилище. | Модель, которую подбирают под определенные задачи. Такой подход обеспечивает гибкость и хорошую производительность. |
| Четко определен язык запросов и основные операции. СУБД могут корректировать некоторые моменты, но не отменять принятые SQL запросы. | Каждая база характеризуется индивидуальным API. |
| СУБД удовлетворяет требованиям ACID. Базу трудно масштабировать, но зато можно быть уверенным в прохождении транзакций, согласованности и долговечности системы. Это ограничивает работу с большими объемами данных. | ACID заменен на BASE, что позволяет не так строго относится к согласованности. Это помогает при работе с большими объемами данных. База данных NoSQL не подойдет для систем, где требуется четко отслеживать каждую транзакцию и сохранять структуру связной в любой момент. |
Базы данных NoSQL позволили улучшить производительность и функциональность систем хранения информации. Модели не являются универсальными, поэтому подбирать структуру хранения требуется осторожно. База данных NoSQL подойдет не для любого проекта.
Добавить комментарий