پایگاه داده‌های نو اس‌کیو‌ال (NoSQL) چه هستند؟

پایگاه داده‌های NoSQL چیستند؟

پایگاه داده‌های NoSQL که به عنوان پایگاه داده‌های با هدف خاص نیز شناخته می‌شوند، برای مدل‌های داده‌ای خاص طراحی شده‌اند و داده‌ها را در طرحواره‌های انعطاف‌پذیری ذخیره می‌کنند که به راحتی برای برنامه‌های مدرن مقیاس‌پذیر هستند. بسیاری از حجم‌های کاری پایگاه داده می‌توانند از مقرون به صرفگی و عملکرد پایگاه داده‌های NoSQL بهره‌مند شوند. به عنوان مثال، Amazon DynamoDB بدون سرور است، بنابراین استفاده از منابع به طور خودکار بهینه می‌شود و شما هرگز برای تخصیص بیش از حد هزینه نمی‌پردازید. علاوه بر این، پایگاه داده‌های NoSQL به طور گسترده به دلیل سهولت توسعه، عملکرد و کارایی در مقیاس شناخته شده‌اند. این صفحه شامل منابعی است که به شما کمک می‌کند پایگاه داده‌های NoSQL را بهتر درک کنید و شروع به کار کنید.

مزایای پایگاه داده‌های NoSQL چیست؟

برنامه‌های مدرن با چالش‌های متعددی روبرو هستند که توسط پایگاه داده‌های NoSQL قابل حل هستند. به عنوان مثال، برنامه‌ها حجم زیادی از داده‌ها را از منابع مختلف مانند رسانه‌های اجتماعی، حسگرهای هوشمند و پایگاه داده‌های شخص ثالث پردازش می‌کنند. همه این داده‌های ناهمگون به خوبی در مدل رابطه‌ای قرار نمی‌گیرند. تحمیل ساختارهای جدولی می‌تواند منجر به افزونگی، تکثیر داده‌ها و مشکلات عملکرد در مقیاس شود.

پایگاه داده‌های NoSQL برای مدل‌های داده‌ای غیر رابطه‌ای ساخته شده‌اند و دارای طرحواره‌های انعطاف‌پذیری برای ساخت برنامه‌های مدرن هستند. آنها به طور گسترده به دلیل سهولت توسعه، عملکرد و کارایی در مقیاس شناخته شده‌اند. مزایای پایگاه داده‌های NoSQL در زیر فهرست شده است.

انعطاف‌پذیری

پایگاه داده‌های NoSQL به طور کلی طرحواره‌های انعطاف‌پذیری را ارائه می‌دهند که توسعه سریع‌تر و تکراری‌تر را ممکن می‌سازد. مدل داده‌ای انعطاف‌پذیر، پایگاه داده‌های NoSQL را برای داده‌های نیمه ساختار یافته و بدون ساختار ایده‌آل می‌کند.

مقیاس‌پذیری

پایگاه داده‌های NoSQL معمولاً به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با استفاده از خوشه‌های توزیع شده سخت‌افزار، مقیاس افقی داشته باشند، برخلاف مقیاس عمودی با افزودن سرورهای گران قیمت و قوی. برخی از ارائه دهندگان ابر، این عملیات را در پشت صحنه به عنوان یک سرویس کاملاً مدیریت شده انجام می‌دهند.

عملکرد بالا

پایگاه داده‌های NoSQL برای مدل‌های داده‌ای خاص و الگوهای دسترسی بهینه شده‌اند. این امر عملکرد بالاتری را نسبت به تلاش برای دستیابی به عملکرد مشابه با پایگاه داده‌های رابطه‌ای فراهم می‌کند.

کارایی بالا

پایگاه داده‌های NoSQL APIها و انواع داده‌ای بسیار کاربردی را ارائه می‌دهند که برای هر یک از مدل‌های داده‌ای مربوطه خود ساخته شده‌اند.

موارد استفاده از پایگاه داده‌های NoSQL چیست؟

می‌توانید از پایگاه داده‌های NoSQL برای ساخت طیف گسترده‌ای از برنامه‌های تلفن همراه، اینترنت اشیا (IoT)، بازی و وب با عملکرد بالا استفاده کنید که تجربیات عالی کاربر را در مقیاس ارائه می‌دهند. طیف پایگاه داده‌های NoSQL و موارد استفاده مربوط به آنها گسترده است. در حالی که ارائه یک مجموعه نماینده از موارد استفاده چالش برانگیز است، در زیر چند نمونه گویا را به عنوان شروع کننده فکر ارائه می‌دهیم و شما را تشویق می‌کنیم تا در مورد هر پایگاه داده NoSQL و موارد استفاده مربوط به آنها بیشتر بدانید.

مدیریت داده‌های بلادرنگ

می‌توانید توصیه‌های بلادرنگ، شخصی‌سازی و تجربیات کاربری بهبود یافته را با پایگاه داده‌های NoSQL ارائه دهید. به عنوان مثال، +Disney، کتابخانه گسترده محتوای دیجیتال خود را با استفاده از فناوری پایگاه داده NoSQL به بیش از ۱۵۰ میلیون مشترک ارائه می‌دهد. این سرویس می‌تواند ویژگی‌های محبوبی مانند Continue Watching، Watchlist و Personalized Recommendations را با Amazon DynamoDB مقیاس بندی و ارائه کند.

امنیت ابری

می‌توانید از پایگاه داده‌های گراف برای کشف سریع روابط پیچیده در داده‌های خود استفاده کنید. به عنوان مثال، Wiz امنیت ابری را به عنوان یک گراف با استفاده از Amazon Neptune بازآفرینی کرد. Wiz به مشتریان خود کمک می‌کند تا وضعیت امنیتی خود را با شناسایی و رفع سریع مهم‌ترین خطرات بهبود بخشند. آنها از مدل گراف ذخیره شده در Amazon Neptune برای کشف ترکیب سمی عوامل خطر که نشان دهنده خطرات حیاتی است، استفاده می‌کنند. موتورهای خطر Wiz گراف را پیمایش می‌کنند و در عرض چند ثانیه، مجموعه‌ای از عوامل خطر به هم پیوسته را در یک گراف امنیتی به هم می‌بافند.

برنامه‌های کاربردی با دسترسی بالا

پایگاه داده‌های NoSQL توزیع شده برای ساخت برنامه‌های کاربردی با دسترسی بالا و تأخیر کم برای پیام رسانی، رسانه‌های اجتماعی، اشتراک فایل و موارد دیگر عالی هستند. به عنوان مثال، Snapchat بیش از ۲۹۰ میلیون کاربر دارد که روزانه میلیاردها عکس و پیام ویدیویی ارسال می‌کنند. این شرکت از سیستم‌های پایگاه داده NoSQL برای کاهش میانگین تأخیر ارسال پیام تا ۲۰٪ استفاده می‌کند.

پایگاه داده‌های NoSQL چگونه کار می‌کنند؟

پایگاه داده‌های NoSQL از انواع مدل‌های داده‌ای برای دسترسی و مدیریت داده‌ها استفاده می‌کنند. این نوع پایگاه‌های داده به طور خاص برای برنامه‌هایی بهینه شده‌اند که به مدل‌های داده‌ای انعطاف‌پذیر، حجم زیاد داده و تأخیر کم نیاز دارند، که با کاهش برخی از محدودیت‌های سازگاری داده‌های پایگاه داده‌های رابطه‌ای به دست می‌آید. بر اساس مدل داده‌ای، تفاوت‌هایی در پیاده‌سازی وجود دارد. با این حال، بسیاری از پایگاه داده‌های NoSQL از نشانه گذاری شیء جاوا اسکریپت (JSON) استفاده می‌کنند، یک فرمت تبادل داده باز که داده‌ها را به عنوان مجموعه‌ای از جفت‌های نام-مقدار نشان می‌دهد.

مثال پایگاه داده NoSQL

این مثال را از مدل سازی طرحواره برای یک پایگاه داده ساده کتاب در نظر بگیرید:

در یک پایگاه داده رابطه‌ای، یک رکورد کتاب اغلب از هم جدا شده (یا “نرمال”) و در جداول جداگانه ذخیره می‌شود، و روابط توسط محدودیت‌های کلید اصلی و خارجی تعریف می‌شوند. در این مثال، جدول Books دارای ستون‌هایی برای ISBN، عنوان کتاب و شماره نسخه است. جدول Authors دارای ستون‌هایی برای AuthorID و نام نویسنده است. و در نهایت، جدول Author-ISBN دارای ستون‌هایی برای AuthorID و ISBN است. مدل رابطه‌ای برای این طراحی شده است که پایگاه داده یکپارچگی ارجاعی بین جداول در پایگاه داده را اعمال کند، برای کاهش افزونگی نرمال شده و به طور کلی برای ذخیره سازی بهینه شده است.

در یک پایگاه داده NoSQL، یک رکورد کتاب معمولاً به عنوان یک سند ذخیره می‌شود. برای هر کتاب، مورد، ISBN، عنوان کتاب، شماره نسخه، نام نویسنده و AuthorID به عنوان ویژگی‌ها در یک سند واحد ذخیره می‌شوند. در این مدل، داده‌ها برای توسعه بصری و مقیاس پذیری افقی بهینه شده‌اند.

اصطلاحات SQL در مقابل NoSQL

جدول زیر اصطلاحات مورد استفاده توسط پایگاه داده‌های NoSQL منتخب را با اصطلاحات مورد استفاده توسط پایگاه داده‌های SQL مقایسه می‌کند.

انواع پایگاه داده‌های NoSQL چیست؟

به دلیل تغییرات در نحوه مدیریت و ذخیره داده‌های بدون طرحواره، چندین سیستم مختلف پایگاه داده NoSQL وجود دارد. ما برخی از انواع رایج را در زیر توضیح می‌دهیم.

پایگاه داده‌های کلید-مقدار

پایگاه داده‌های کلید-مقدار بسیار قابل تقسیم هستند و امکان مقیاس بندی افقی را در سطحی فراهم می‌کنند که سایر انواع پایگاه داده‌های NoSQL ممکن است به آن دست نیابند. یک پایگاه داده کلید-مقدار، داده‌ها را به عنوان مجموعه‌ای از جفت‌های کلید-مقدار ذخیره می‌کند که در آن یک کلید به عنوان یک شناسه منحصر به فرد عمل می‌کند. کلیدها و مقادیر می‌توانند هر چیزی باشند، از اشیاء ساده گرفته تا اشیاء مرکب پیچیده. موارد استفاده‌ای مانند بازی، فناوری تبلیغات و اینترنت اشیا به ویژه برای طراحی داده فروشگاه کلید-مقدار مناسب هستند. Amazon DynamoDB برای ارائه عملکرد ثابت با تأخیر چند میلی ثانیه ای برای هر مقیاسی از حجم کاری طراحی شده است.

پایگاه داده‌های سند

پایگاه داده‌های سند دارای همان فرمت مدل سند هستند که توسعه دهندگان در کد برنامه خود استفاده می‌کنند. آنها داده‌ها را به عنوان اشیاء JSON ذخیره می‌کنند که انعطاف‌پذیر، نیمه ساختار یافته و سلسله مراتبی هستند. ماهیت انعطاف‌پذیر، نیمه ساختار یافته و سلسله مراتبی اسناد و پایگاه داده‌های سند به آنها امکان می‌دهد تا با نیازهای برنامه‌ها تکامل پیدا کنند. مدل پایگاه داده سند به خوبی با کاتالوگ‌ها، پروفایل‌های کاربر و سیستم‌های مدیریت محتوا کار می‌کند، جایی که هر سند منحصر به فرد است و در طول زمان تکامل می‌یابد. Amazon DocumentDB (با سازگاری MongoDB) و MongoDB پایگاه داده‌های سند محبوبی هستند که APIهای قدرتمند و شهودی را برای توسعه انعطاف‌پذیر و تکراری ارائه می‌دهند.

پایگاه داده‌های گراف

پایگاه داده‌های گراف به طور ویژه برای آسان کردن ساخت و اجرای برنامه‌هایی که با مجموعه‌های داده بسیار مرتبط کار می‌کنند، ساخته شده‌اند. آنها از گره‌ها برای ذخیره موجودیت‌های داده و از لبه‌ها برای ذخیره روابط بین موجودیت‌ها استفاده می‌کنند. یک لبه همیشه دارای یک گره شروع، گره پایان، نوع و جهت است. این می‌تواند روابط والدین-فرزندی، اقدامات، مالکیت و موارد مشابه را توصیف کند. هیچ محدودیتی برای تعداد و نوع روابطی که یک گره می‌تواند داشته باشد وجود ندارد. می‌توانید از یک پایگاه داده گراف برای ساخت و اجرای برنامه‌هایی که با مجموعه‌های داده بسیار مرتبط کار می‌کنند استفاده کنید. موارد استفاده معمول برای پایگاه داده گراف شامل شبکه‌های اجتماعی، موتورهای توصیه، تشخیص تقلب و گراف‌های دانش است. Amazon Neptune یک سرویس پایگاه داده گراف کاملاً مدیریت شده است که از مدل Property Graph و چارچوب توصیف منبع (RDF) با انتخاب دو API گراف (TinkerPop و RDF/SPARQL) پشتیبانی می‌کند.

پایگاه داده‌های درون حافظه

در حالی که سایر پایگاه داده‌های غیر رابطه‌ای داده‌ها را روی دیسک یا SSD ذخیره می‌کنند، فروشگاه‌های داده درون حافظه برای از بین بردن نیاز به دسترسی به دیسک‌ها طراحی شده‌اند. آنها برای برنامه‌هایی که به زمان پاسخگویی میکروثانیه نیاز دارند یا دارای افزایش ترافیک زیادی هستند، ایده‌آل هستند. می‌توانید از آنها در برنامه‌های بازی و فناوری تبلیغات برای ویژگی‌هایی مانند تابلوهای امتیازات، فروشگاه‌های جلسه و تجزیه و تحلیل بلادرنگ استفاده کنید. Amazon MemoryDB برای Redis یک سرویس پایگاه داده درون حافظه بادوام و سازگار با Redis است که تأخیر خواندن میکروثانیه، تأخیر نوشتن چند میلی ثانیه ای و دوام Multi-AZ را ارائه می‌دهد. Amazon ElastiCache یک سرویس ذخیره سازی موقت درون حافظه کاملاً مدیریت شده و سازگار با Redis و Memcached است تا حجم کاری کم تأخیر و توان بالا را ارائه دهد. Amazon DynamoDB Accelerator (DAX) نمونه دیگری از یک فروشگاه داده با هدف خاص است که خواندن DynamoDB را یک مرتبه سریع‌تر می‌کند.

پایگاه داده‌های جستجو

پایگاه داده موتور جستجو نوعی پایگاه داده غیر رابطه‌ای است که به جستجوی محتوای داده، مانند گزارش‌های خروجی برنامه مورد استفاده توسعه دهندگان برای عیب یابی مسائل، اختصاص دارد. آنها از شاخص‌ها برای دسته بندی ویژگی‌های مشابه در بین داده‌ها و تسهیل قابلیت جستجو استفاده می‌کنند. پایگاه داده‌های موتور جستجو برای مرتب سازی داده‌های بدون ساختار مانند تصاویر و فیلم‌ها بهینه شده‌اند. Amazon OpenSearch Service به طور ویژه برای ارائه تجسم و تجزیه و تحلیل تقریباً بلادرنگ داده‌های تولید شده توسط ماشین با فهرست بندی، جمع آوری و جستجوی گزارش‌ها و معیارهای نیمه ساختار یافته ساخته شده است.

تفاوت بین پایگاه داده‌های NoSQL و SQL چیست؟

برای دهه‌ها، مدل داده‌ای غالب در توسعه برنامه، مدل داده‌ای رابطه‌ای بود که داده‌ها را در جداولی متشکل از ردیف‌ها و ستون‌ها ذخیره می‌کرد. از زبان پرس و جوی ساخت یافته (SQL) برای ایجاد و ویرایش این جداول رابطه‌ای استفاده می‌شد. پایگاه داده‌های SQL روابط داده را به صورت جدول مدل می‌کنند. ردیف‌های جدول نشان دهنده مجموعه‌ای از مقادیر مرتبط از یک شی یا موجودیت هستند. هر ستون در جدول نشان دهنده یک ویژگی داده است و یک فیلد (یا سلول جدول) مقدار واقعی ویژگی را ذخیره می‌کند. می‌توانید از یک سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای (RDBMS) برای دسترسی به داده‌ها به روش‌های مختلف و بدون سازماندهی مجدد جداول پایگاه داده استفاده کنید.تا اواسط تا اواخر دهه ۲۰۰۰ بود که سایر مدل‌های داده‌ای انعطاف‌پذیر شروع به پذیرش و استفاده قابل توجهی کردند. برای تمایز و دسته بندی این کلاس‌های جدید پایگاه داده و مدل‌های داده‌ای، اصطلاح NoSQL ابداع شد. NoSQL مخفف not only SQL یا non-SQL است. اغلب اصطلاح NoSQL به جای اصطلاح غیر رابطه‌ای استفاده می‌شود. تفاوت‌های کلیدی بین پایگاه داده‌های رابطه‌ای و غیر رابطه‌ای در جدول زیر آمده است.

چه زمانی باید پایگاه داده‌های NoSQL را به جای پایگاه داده‌های SQL انتخاب کنید؟

یک پایگاه داده NoSQL برای مدیریت داده‌های نامشخص، نامرتبط یا به سرعت در حال تغییر بهترین است. استفاده از آن برای توسعه دهندگان زمانی که برنامه طرحواره پایگاه داده را دیکته می‌کند، شهودی است. می‌توانید از آن برای برنامه‌هایی استفاده کنید که:

• به طرحواره‌های انعطاف‌پذیری نیاز دارند که توسعه سریع‌تر و تکراری‌تر را ممکن می‌سازد.
• عملکرد را بر سازگاری قوی داده و حفظ روابط بین جداول داده (یکپارچگی ارجاعی) اولویت قرار می‌دهند.
• به مقیاس بندی افقی توسط شاردینگ در سراسر سرورها نیاز دارند.
• از داده‌های نیمه ساختار یافته و بدون ساختار پشتیبانی می‌کنند.

شما همیشه مجبور نیستید بین یک طرحواره پایگاه داده غیر رابطه‌ای و رابطه‌ای انتخاب کنید. می‌توانید ترکیبی از پایگاه داده‌های SQL و NoSQL را در برنامه‌های خود به کار بگیرید. این رویکرد ترکیبی کاملاً رایج است و تضمین می‌کند که هر حجم کاری به پایگاه داده مناسب برای عملکرد قیمت بهینه نگاشت می‌شود.