دیتابیس NoSQL چیست؟ مقایسه با دیتابیس SQL

در دنیای برنامه‌نویسی نیازهای جدیدی برای ذخیره‌سازی و مدیریت داده‌ها به‌وجود آمده است، طوری‌که با ظهور انواع دیتابیس‌ NoSQL قدرتمند و انعطاف‌پذیر، رقبای جدی برای دیتابیس‌های سنتی SQL مطرح شده‌اند. در این مقاله، به این موضوع می‌پردازیم که دیتابیس NoSQL چیست و آن را با دیتابیس‌های SQL مقایسه می‌کنیم. 

دیتابیس NoSQL چیست؟

دیتابیس‌ NoSQL مخفف «Not Only SQL» نوعی از دیتابیس است که از مدل‌های داده‌ای غیر رابطه‌ای استفاده می‌کند. برخلاف SQL که به جداول و روابط بین آن‌ها متکی است، NoSQL به شما آزادی عمل بیشتری می‌دهد تا داده‌ها را در قالب‌های مختلف، از جمله JSON ،Key-Value و گراف ذخیره کنید.

این نوع دیتابیس‌ به دلیل سادگی در توسعه، کارایی و عملکرد عالی در مقیاس‌های بزرگ مورد توجه قرار گرفته و برای ذخیره و مدیریت داده‌های غیر ساختار یافته یا نیمه ساختار یافته مناسب است. داده‌های غیر ساختار یافته، داده‌هایی هستند که فرمت مشخصی ندارند و به اندازه داده‌های ساختار یافته دقیق نیستند.

نحوه کار دیتابیس NoSQL چیست؟

دیتابیس NoSQL، با استفاده از مدل‌های مختلف داده‌، شیوه‌ای متفاوت برای ذخیره و مدیریت اطلاعات به‌کار می‌برد. این نوع پایگاه‌های داده برای برنامه‌هایی بهینه شدند که به حجم اطلاعات بسیار، تأخیر کم و مدل‌های داده‌ای انعطاف‌پذیر نیاز دارند. 

تصور کنید قصد داریم یک کتابخانه را در دنیای دیتابیس‌های NoSQL مدل‌سازی کنیم. در یک دیتابیس سنتی همچون SQL، اطلاعات مربوط به کتاب‌ها و نویسندگان آن‌ها ممکن است در جداول جداگانه ذخیره شوند و روابط با کمک کلیدهای اصلی و خارجی مشخص می‌شوند. درواقع، اگرچه دیتابیس SQL داده‌ها را مرتب و سازماندهی می‌کند، اما کندتر عمل کرده و برای مدیریت حجم بالای داده‌ها مناسب نیست. 

درمقابل، در یک دیتابیس NoSQL، می‌توانیم هر کتاب را به عنوان یک سند واحد (معمولا به عنوان JSON) ذخیره کنیم. این سند شامل تمام اطلاعات مربوط به کتاب، از جمله عنوان، نویسنده، سال انتشار و خلاصه داستان خواهد بود. این روش ذخیره‌سازی باعث می‌شود داده‌ها به‌راحتی قابل دسترسی باشند؛ به‌خصوص وقتی با حجم بالایی از داده‌ها سروکار داریم. در ادامه، با بررسی مزایای دیتابیس‌ NoSQL، خواهید فهمید چرا ممکن است به یک دیتابیس‌ NoSQL نیاز پیدا کنید.

مزایای دیتابیس NoSQL چیست؟

بسیاری از برنامه‌های کاربردی مدرن مانند اپلیکیشن‌های موبایل، وب و بازی‌های آنلاین به پایگاه‌ داده‌ای انعطاف‌پذیر، مقیاس‌پذیر، پرسرعت و با عملکرد بالا نیاز دارند تا تجربه‌ای عالی برای کاربران خود فراهم کنند. در این میان، دیتابیس‌ NoSQL به عنوان گزینه‌ای ایده‌آل از مزایای زیر بهره می‌برد:

 قابلیت انعطاف‌پذیری چشم‌گیر 

دیتابیس‌های NoSQL معمولا از مدل دیتای انعطاف‌پذیر برخوردار هستند. این قابلیت به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد برنامه‌های خود را سریع‌تر توسعه داده و در فرایندهای توسعه تکرار شونده، آزادی‌ عمل بیشتری داشته باشند. این مزیت موجب می‌شود دیتابیس‌های NoSQL برای داده‌های غیر ساختار یافته یا نیمه ساختار یافته ایده‌آل باشند. علاوه بر این امکان Replication این دیتابیس فراهم شده است.

دیتابیسی با مقیاس‌پذیری بی‌نظیر

منظور از قابلیت مقیاس‌پذیری در دیتابیس‌ NoSQL چیست؟ دیتابیس‌ NoSQL به گونه‌ای طراحی شده‌ که با استفاده از کلاسترهای توزیع‌یافته از سخت‌افزارها قابلیت مقیاس‌پذیری بالایی داشته باشد. با این قابلیت، دیگر نیازی به خرید سرورهای گران‌قیمت و قوی برای ارتقاء عملکرد پایگاه داده ندارید.

سرعت و عملکرد فوق‌العاده

دیتابیس‌ NoSQL برای مدل‌های داده‌ای خاص بهینه شدند و به برنامه‌ها اجازه می‌دهد تا با سرعت بسیار بالایی به داده‌ها دسترسی پیدا کنند. این قابلیت، برای برنامه‌های کاربردی مانند بازی‌های آنلاین که نیاز به پاسخگویی سریع دارند، بسیار مهم است. همچنین از APIها و انواع داده‌های کاربردی برخوردار هستند که کار توسعه را برای برنامه‌نویسان ساده کرده است. مزایای این دیتابیس همچنین آن را برای استفاده در کلان‌داده مناسب می‌کند.

معایب دیتابیس NoSQL چیست؟

اگرچه دیتابیس‌ NoSQL مزایای زیادی دارد، اما احتمالا این سوال مطرح است که معایب دیتابیس NoSQL چیست؟ در اینجا به برخی از مهم‌ترین این موارد اشاره می‌کنیم:

تنوع سینتکس

هر دیتابیس NoSQL سینتکس خاص خود را برای جستجو و مدیریت داده‌ها دارد. این قضیه، برخلاف دیتابیس‌های SQL است که از یک زبان مشترک SQL استفاده می‌کنند. این تنوع ممکن است یادگیری و استفاده از چندین دیتابیس NoSQL را برای توسعه‌دهندگان دشوارتر کند.

 نداشتن یک ساختار محکم

دیتابیس‌های NoSQL فاقد یک ساختار چارچوب یافته‌ای مانند دیتابیس‌های SQL هستند. درواقع اگرچه داده‌ها به‌صورت غیرساختاری یا نیمه‌ساختاری ذخیره می‌شوند، اما ممکن است منجر به مشکلات یکپارچه نبودن اطلاعات شود.

نیاز به توسعه‌دهندگان فنی و متخصص

با توجه به نداشتن یک ساختار واحد و مشخص در دیتابیس‌های NoSQL، مسئولیت ایجاد ساختار داده برعهده توسعه‌دهندگان است. این امر به توسعه‌دهندگانی نیاز دارد که با مدل‌های داده‌ای NoSQL آشنا باشند و ساختارهایی را برای داده‌ها ایجاد کنند که کارآمد و مقیاس‌پذیر است. در سوی مقابل، در دیتابیس‌های SQL مسئولیت ایجاد ساختار با ادمین‌های دیتابیس است.

ثبات نداشتن داده‌ها

اکثر دیتابیس‌های NoSQL سطح سازگاری پایین‌تری را در مقایسه با پایگاه‌های داده SQL ارائه می‌کنند و برای تراکنش‌هایی از جمله برنامه‌های بانکی که نیاز به یکپارچگی داده دارند، مناسب نیستند.

نداشتن استانداردهای جامع و مشخص

از آنجایی که دیتابیس‌های NoSQL نسبتاً جدید هستند، هیچ استاندارد جامع و مشخصی مانند سیستم‌های مدیریت دیتابیس SQL وجود ندارد و پیش از انتخاب، باید با مزایا و معایب هر کدام به طور دقیق آشنا شد. همین امر انتخاب و استفاده از دیتابیس NoSQL مناسب را برای سازمان‌ها دشوارتر کند. 

اکنون که با مزایا و معایب دیتابیس NoSQL آشنا شدید، در بخش بعدی نگاهی به اعضای خانواده این دیتابیس خواهیم انداخت.

معرفی انواع دیتابیس‌ NoSQL 

اکنون که دریافتیم دیتابیس‌ NoSQL چیست و چگونه کار می‌کند، نوبت به بررسی انواع آن رسیده است. دیتابیس‌های NoSQL انواع مختلف و ویژگی‌های خاص خود را دارند. دسته‌بندیهای متنوعی برای این دیتابیس‌ها وجود دارد. برخی از انواع رایج دیتابیس‌های NoSQL عبارتند از:

دیتابیس Key-Value: سرعت و مقیاس‌پذیری فوق‌العاده

دیتابیس‌های کلید-مقدار مانند یک دیکشنری عمل کرده و اطلاعات را به‌صورت Key-Value ذخیره می‌کنند. برای مثال، اسم یک دوست (کلید) و آدرس ایمیل او (مقدار) را در آن ثبت می‌کنید. دیتابیس‌های Key-Value برای داده‌های بسیار بزرگ و ترافیک بالا مثل بازی، تبلیغات و اینترنت اشیا (IoT) مناسب هستند. 

دیتابیس سند: ساختار انعطاف‌پذیر برای توسعه‌دهندگان

آیا تا به حال با JSON کار کردید؟ دیتابیس‌های Document از همین ساختار استفاده می‌کنند و مانند کتابخانه‌هایی هستند که اطلاعات را به‌صورت سندهای مختلف نگهداری می‌کنند. این انعطاف‌پذیری باعث می‌شود به‌راحتی بتوانید با آن‌ها کار کنید. دیتابیس‌های Document برای کاتالوگ‌ها، پروفایل‌های کاربران و سیستم‌های مدیریت محتوا عالی هستند. MongoDB از پایگاه‌ داده‌ای محبوب مبتنی بر سند است.

دیتابیس گراف: ارتباطات پیچیده، ساده‌سازی شده

هدف از پایگاه‌ داده گراف، ساده کردن ساخت و اجرای برنامه‌هایی است که با مجموعه‌ داده مرتبط کار می‌کنند. آن‌ها مانند یک شبکه با گره‌ها (نقاط) و اتصالات (لبه‌ها) عمل می‌کنند؛ درنتیجه به‌راحتی می‌توانید اطلاعات پیچیده را مدیریت کنید. از جمله کاربردهای گراف می‌توان به شبکه‌های اجتماعی، نمودارها و نیز سیستم‌های تشخیص تقلب اشاره کرد.

دیتابیس In-Memory: سرعت بی‌نظیر برای اپلیکیشن‌های مدرن

بازی‌های آنلاین و تبلیغات لحظه‌ای نیازمند سرعت بسیار بالا هستند. دیتابیس‌های In-Memory به همین منظور ساخته شدند. آن‌ها اطلاعات را به‌طور مستقیم در حافظه RAM ذخیره می‌کنند. همچنین پاسخگویی فوق‌العاده سریعی دارند. این دیتابیس‌ها برای کارهایی مانند جدول امتیازات، ذخیره‌سازی اطلاعات جلسات و تحلیل‌های لحظه‌ای عالی هستند.

دیتابیس جستجو: برای جستجوی قدرتمند برای داده‌های عظیم

آیا می‌خواهید از میان انبوه داده‌های دریافتی، اطلاعات موردنظر خود را به‌سرعت پیدا کنید؟ دیتابیس‌های Search برای همین منظور طراحی شدند. آن‌ها مانند موتورهای جستجوی قدرتمندی عمل کرده و این امکان را به شما می‌دهند تا به‌راحتی در میان داده‌های غیرساختاری مانند لاگ‌ها و متون به جستجو بپردازید.

دیتابیس مبتنی بر ستون: پاسخ‌دهی سریع و قابلیت مقیاس‌پذیری و فشرده‌سازی

این دیتابیس‌ها به جای ذخیره داده‌ها در ردیف‌ها، آنها را در ستون‌ها ذخیره می‌کنند. در نتیجه هنگامی که نیاز به اجرای تحلیل روی تعداد کمی از ستون‌ها باشد، می‌توان بدون اشغال شدن حاظفه با داده‌هایی که نیازی به آنها نیست، مستقیما اطلاعات را از ستون‌ها خواند. دیتابیس‌های مبتنی بر ستون، در خواندن داده‌ها بهینه‌تر عمل می‌کنند و داده‌ها را با سرعت بسیار بالا بازیابی می‌کنند. این پایگاه‌های داده برای نگهداری میزان بسیار زیادی از داده‌ها کاربرد دارند.

کاربرد دیتابیس NoSQL چیست؟

پایگاه داده NoSQL به دلیل مقیاس پذیری بالا و در دسترس بودن، به‌طور گسترده در برنامه‌های وب و دیتای حجیم (Big Data) استفاده می‌شود. این دیتابیس همچنین به‌دلیل تطبیق پذیری با تغییرات سریع، دیتابیس‌ محبوب توسعه‌دهندگان است. NoSQL اجازه می‌دهد تا داده‌ها به‌روشی شهودی و آسان ذخیره شوند. همچنین با استفاده از APIهای NoSQL، تغییرات کمتری هنگام ذخیره یا بازیابی داده موردنیاز است. علاوه‌براین، دیتابیس‌ NoSQL از مزایای رایانش ابری برای ارائه یک سرویس بدون وقفه نیز بهره می‌برد.

برخی از ابزارهای دیتابیس NoSQL

در این بخش قصد معرفی مثال‌های کاربردی از این دیتابیس محبوب را داریم. با شناخت کاربردهایی که احتمالا با آن آشنا باشید، درک بهتری از دیتابیس NoSQL پیدا خواهید کرد:

۱.MongoDB 

MongoDB یکی از برجسته‌ترین سیستم‌های NoSQL منبع باز است. این دیتابیس مبتنی بر سند است و از طرح‌های پویا برای ذخیره اسناد شبیه به JSON استفاده می‌کند. این پایگاه داده یک مدل داده انعطاف پذیر دارد که به کاربران امکان می‌دهد دیتای بدون ساختار ذخیره کنند. کاربران همچنین می‌توانند از طریق API بصری به فهرست بندی و replication دسترسی داشته باشند.

۲.Apache CouchDB

Apache CouchDB یک پایگاه داده NoSQL منبع باز و وب‌محور است که اسناد را با استفاده از فرمت JSON ذخیره می‌کند. API این پایگاه داده بر اساس پروتکل HTTP عمل کرده و از JavaScript برای ایندکس کردن، تبدیل و ترکیب اسناد استفاده می‌کند. برخلاف پایگاه‌های داده رابطه‌ای، CouchDB از یک مدل داده بدون الگو استفاده می‌کند تا مدیریت رکوردها در نقاط پایانی را ساده‌تر کند. نکته قابل توجه برای این دیتابیس، رایگان بودن آن است.

۳. Oracle NoSQL

پایگاه داده NoSQL اوراکل یک پایگاه داده اختصاصی است که از دو مدل داده key-value و جدول JSON پشتیبانی می‌کند و برای کارکرد روی سرور اختصاصی یا سرویس ابری طراحی شده است. توسعه‌دهندگان با استفاده از سرویس NoSQL ابری اوراکل برنامه‌هایی را با استفاده از مدل‌های داده ستونی، سندی و کلید-مقدار ایجاد می‌کنند.

مقایسه دیتابیس‌ NoSQL با دیتابیس‌ SQL

به‌مدت سال‌های طولانی، مدل داده‌ای که برای توسعه اپلیکیشن‌ها استفاده می‌کردند، از نوع دیتای رابطه‌ای بود که توسط دیتابیس‌هایی مانند Oracle ،DB2 ،SQL Server ،MySQL و PostgreSQL مورداستفاده قرار می‌گرفت. در اواسط سال ۲۰۰۰ بود که سایر مدل‌های داده‌ای محبوب شدند و مورد توجه قرار گرفتند. برای تمایز و طبقه‌بندی دیتابیس‌های جدید از سایر دیتاها و مدل‌های داده، اصطلاح «NoSQL» ابداع شد. اغلب اصطلاح «NoSQL» به جای «غیررابطه‌ای» استفاده می‌شود.

اگرچه انواع مختلفی از پایگاه‌های داده NoSQL با ویژگی‌های متفاوت وجود دارد، جدول زیر برخی از کلیدی‌ترین تفاوت‌های بین پایگاه‌های داده SQL و NoSQL را نشان می‌دهد.

به بیانی ساده، در پاسخ به اینکه اصلی‌ترین تفاوت دیتابیس SQL و دیتابیس NoSQL چیست، باید بگوییم پایگاه‌های داده SQL برای تراکنش‌های OLTP و OLAP با داده‌های ساختاریافته مناسب هستند. پایگاه‌های داده NoSQL برای برنامه‌هایی با تاخیر کم و سرعت بالا، داده‌های نیمه ساختاریافته و مقیاس‌پذیر مناسب هستند. 

کدام نوع دیتابیس برای شما مناسب است؟

انتخاب نوع دیتابیس مناسب به نیازهای شما بستگی دارد. اگر نیاز به ذخیره و مدیریت داده‌های ساختاری دارید و دنبال دیتابیس با سینتکس استاندارد، ساختار سخت، ثبات داده بالا و استانداردهای جامع هستید، دیتابیس‌ SQL گزینه مناسبی است. درصورتی‌که به ذخیره و مدیریت داده‌های غیرساختاری یا نیمه‌ساختاری نیاز دارید  و دیتابیسی انعطاف‌پذیر، مقیاس‌پذیر و سریع می‌خواهید، دیتابیس‌های NoSQL راهکار کاربردی‌تری برایتان خواهد بود.

آینده دیتابیس NoSQL

دیتابیس‌ NoSQL چیست؟ در این مقاله به‌طور کامل پاسخ این سوال را بررسی کردیم. همچنین به مقایسه NoSQL و SQL پرداختیم. دیتابیس‌ NoSQL از مدل‌ داده‌ای غیر رابطه‌ای استفاده می‌کند. اگر دنبال ذخیره و مدیریت داده‌های غیرساختاری برای کلان داده (Big Data) هستید، دیتابیس‌ NoSQL گزینه‌ای ایده‌آل برای شما خواهد بود. 

اما سوالی که مطرح می‌شود این است که آینده دیتابیس NoSQL چیست؟ این دیتابیس قرار نیست جایگزینی برای SQL باشد. حتی این احتمال وجود دارد که در آینده با توسعه راه‌حل‌های ذخیره‌سازی جدید، دیتابیس NoSQL از صحنه روزگار محو شود. علاوه بر این، احتمال دیگری مطرح است که بر مبنای آن راهکارهای data lakehouse جایگزین NoSQL شوند. در این راهکار، معمولا داده‌ها با فرمت اولیه خود ذخیره می‌شوند و هنگامی که نیاز به استخراج آنها از فضای ذخیره‌سازی باشد، از یک انجین کوئری استفاده می‌شود که داده‌ها را به فرمت SQL تبدیل می‌کند. به‌طور معمول از راهکار ذخیره‌سازی پایدار و ارزان‌قیمت آبجکت استوریج برای ذخیره چنین داده‌هایی استفاده می‌شود. با این حال data lakehouse همچنان در مراحل اولیه تکامل خود است و احتمال دارد سال‌ها با راهکار به‌صرفه و آسان مبتنی بر این تکنولوژی فاصله داشته باشیم.