NoSQL چیست؟ پایگاه‌های داده‌ای فراتر از SQL

پایگاه‌های داده NoSQL، که مخفف Non-relational یا غیررابطه‌ای است، دسته‌ای از پایگاه‌های داده هستند که از مدل داده سنتی مبتنی بر جداول و ستون‌های SQL استفاده نمی‌کنند. این پایگاه‌ها به دلیل مزایای متعددی از جمله مقیاس‌پذیری، انعطاف‌پذیری، عملکرد بالا و سادگی، به طور فزاینده‌ای محبوب می‌شوند.

تاریخچه پیدایش NoSQL

ریشه‌های NoSQL به دهه 1960 و سیستم‌های پایگاه داده‌ای مانند HMDS و CODASYL برمی‌گردد. این سیستم‌ها از مدل‌های داده‌ای غیررابطه‌ای برای مدیریت حجم عظیمی از داده‌ها استفاده می‌کردند.

• دهه 1990: پایگاه‌های داده شیءگرا و معرفی اصطلاح NoSQL توسط Carlo Strozzi
• دهه 2000: ظهور Cassandra، MongoDB و CouchDB
• دهه 2010: افزایش محبوبیت NoSQL

امروزه NoSQL به بخش جدایی‌ناپذیری از دنیای پایگاه داده تبدیل شده است. NoSQL همچنان در حال تکامل است و نوآوری‌های جدیدی به طور مداوم در این زمینه ارائه می‌شود.

Nosql چیست؟

NoSQL، که مخفف Non-relational یا غیررابطه‌ای است، دسته‌ای از سیستم‌های مدیریت پایگاه داده (DBMS) است که از مدل داده سنتی مبتنی بر جداول و ستون‌های SQL استفاده نمی‌کنند.

برخلاف پایگاه‌های داده SQL که ساختار داده‌های از پیش تعریف‌شده و روابط سختگیرانه بین جداول را دارند، NoSQL انعطاف‌پذیری بیشتری در ذخیره‌سازی و بازیابی داده‌ها ارائه می‌دهد.
این امر NoSQL را به گزینه‌ای ایده‌آل برای برنامه‌هایی تبدیل می‌کند که با حجم عظیمی از داده‌های غیرساختاریافته یا نیمه‌ساختاریافته سروکار دارند و نیاز به مقیاس‌پذیری و پویایی بالا دارند.

تفاوت‌های sql و nosql چیست؟

مدل داده

• SQL: مبتنی بر مدل رابطه‌ای است که داده‌ها را در جداول با ستون‌ها و ردیف‌ها ذخیره می‌کند.
• NoSQL: از مدل‌های داده غیررابطه‌ای مانند گراف، کلید-مقدار، سند و ستون عریض استفاده می‌کند.

ساختار

• SQL: دارای ساختار از پیش تعریف شده است و نیاز به تعریف دقیق جداول، ستون‌ها و روابط بین آنها دارد.
• NoSQL: ساختار منعطف‌تری دارد و به شما امکان می‌دهد تا داده‌ها را بدون نیاز به تعریف صریح جداول ذخیره کنید.

مقیاس‌پذیری

• SQL: به طور سنتی مقیاس‌پذیری عمودی دارد، به این معنی که برای افزایش عملکرد، باید سخت‌افزار سرور را ارتقا دهید.
• NoSQL: به طور کلی مقیاس‌پذیری افقی دارد، به این معنی که می‌توانید با اضافه کردن سرورهای بیشتر به خوشه، ظرفیت را افزایش دهید.

ثبات

• SQL: ضمانت‌های ACID (اتمیک بودن، سازگاری، جداسازی و دوام) را برای تراکنش‌ها ارائه می‌دهد.
• NoSQL: ممکن است ضمانت‌های ACID را به طور کامل ارائه ندهد و به جای آن بر دسترسی و مقیاس‌پذیری تمرکز کند.

کاربرد

• SQL: برای برنامه‌هایی که به ساختار داده‌ای منظم، تراکنش‌های قابل اعتماد و پرس‌وجوهای پیچیده نیاز دارند، مناسب است.
• NoSQL: برای برنامه‌هایی که با داده‌های غیرساختاریافته، مقیاس‌پذیری بالا و سرعت بالا سروکار دارند، مناسب است.

نمونه‌ها

• SQL: پایگاه‌های داده MySQL، PostgreSQL، Oracle Database
• NoSQL: پایگاه‌های داده MongoDB، Cassandra، CouchDB، Redis

انتخاب بین SQL و NoSQL به نیازهای خاص برنامه شما بستگی دارد. اگر به ساختار داده‌ای منظم، تراکنش‌های قابل اعتماد و پرس‌وجوهای پیچیده نیاز دارید، SQL انتخاب مناسبی است. اگر با داده‌های غیرساختاریافته، مقیاس‌پذیری بالا و سرعت بالا سروکار دارید، NoSQL انتخاب مناسبی است. در نهایت، ممکن است در برنامه خود به ترکیبی از SQL و NoSQL نیاز داشته باشید.

کاربردهای پایگاه داده nosql

پایگاه‌های داده NoSQL به دلیل مزایای متعددی که از جمله مقیاس‌پذیری، انعطاف‌پذیری، عملکرد و سادگی دارند، در طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها کاربرد دارند. در اینجا چند نمونه از رایج‌ترین کاربردهای NoSQL آورده شده است:

۱- برنامه‌های کاربردی وب

• ذخیره‌سازی داده‌های کاربر، اطلاعات محصول، سبد خرید و سایر داده‌های برنامه
• مدیریت جلسات کاربری
• ارائه پیشنهادات شخصی‌سازی‌شده
• تجزیه و تحلیل رفتار کاربر

۲- شبکه‌های اجتماعی

• ذخیره‌سازی پست‌ها، نظرات، تصاویر، فیلم‌ها و سایر داده‌های مربوط به کاربر
• مدیریت اتصالات بین کاربران
• نمایش فیدهای اخبار و اعلان‌ها
• تجزیه و تحلیل روندها و تعاملات کاربر

۳- برنامه‌های کاربردی موبایل

• ذخیره‌سازی داده‌های محلی روی دستگاه کاربر
• همگام‌سازی داده‌ها بین دستگاه و سرور
• ارائه تجربیات آفلاین
• تجزیه و تحلیل نحوه استفاده کاربران از برنامه

۴- اینترنت اشیا (IoT)

• ذخیره‌سازی داده‌های حسگر و داده‌های دستگاه از دستگاه‌های IoT
• نظارت بر وضعیت دستگاه‌ها و ارائه هشدار در صورت بروز مشکل
• تجزیه و تحلیل داده‌ها برای بهینه‌سازی عملکرد دستگاه

۵- تجزیه و تحلیل کلان داده

• ذخیره‌سازی و تجزیه و تحلیل حجم عظیمی از داده‌ها از منابع مختلف
• شناسایی الگوها و روندها در داده‌ها
• ایجاد مدل‌های یادگیری ماشین برای پیش‌بینی و تجویز
• ارائه بینش عملی برای تصمیم‌گیری

۶- تجارت الکترونیک

• ذخیره‌سازی اطلاعات محصول، قیمت‌ها و موجودی
• مدیریت سبد خرید و فرآیند پرداخت
• ارائه توصیه‌های محصول
• ردیابی سفارشات و تحویل

۷- بازی

• ذخیره‌سازی داده‌های بازی، مانند نمرات، سطوح و شخصیت‌ها
• پشتیبانی از بازی‌های چند نفره
• جلوگیری از تقلب
• تجزیه و تحلیل داده‌های بازی برای بهبود تجربه کاربر

۸- رسانه و سرگرمی

• ذخیره‌سازی و پخش محتوای ویدیویی، صوتی و تصویری
• ارائه توصیه‌های محتوا
• مدیریت حقوق دیجیتال (DRM)
• تجزیه و تحلیل عادات مشاهده کاربر

۹- مراقبت‌های بهداشتی

• ذخیره‌سازی سوابق پزشکی بیمار
• مدیریت قرار ملاقات‌ها و داروها
• تسهیل همکاری بین ارائه دهندگان مراقبت‌های بهداشتی
• تجزیه و تحلیل داده‌های بهداشتی برای بهبود نتایج بیمار

۱۰- امور مالی

• ذخیره‌سازی اطلاعات حساب، معاملات و موجودی
• جلوگیری از کلاهبرداری
• ارائه صورت‌حساب و گزارش‌دهی
• تجزیه و تحلیل داده‌های مالی برای مدیریت ریسک

اینها تنها چند نمونه از کاربردهای متعدد NoSQL هستند. با توجه به مزایای متعددی که این پایگاه‌های داده ارائه می‌دهند، به احتمال زیاد در سال‌های آینده شاهد استفاده فزاینده از آنها در طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها خواهیم بود.

مزایای استفاده از پایگاه داده nosql

پایگاه‌های داده NoSQL مزایای متعددی نسبت به پایگاه‌های داده سنتی SQL ارائه می‌دهند، که آنها را به انتخابی محبوب برای برنامه‌های کاربردی مدرن تبدیل می‌کند. برخی از مزایای کلیدی NoSQL عبارتند از:

• مقیاس‌پذیری: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی به صورت افقی مقیاس‌پذیر هستند، به این معنی که می‌توانید با اضافه کردن سرورهای بیشتر به خوشه، ظرفیت ذخیره‌سازی و پردازش را به راحتی افزایش دهید. این امر آنها را برای برنامه‌هایی که با حجم عظیمی از داده‌ها سروکار دارند یا به سرعت در حال رشد هستند، ایده‌آل می‌کند.
• انعطاف‌پذیری: پایگاه‌های داده NoSQL از ساختارهای داده متنوعی مانند اسناد، نمودارها، جفت‌های کلید-مقدار و ستون‌های عریض پشتیبانی می‌کنند. این امر آنها را برای ذخیره‌سازی انواع مختلف داده‌ها، از جمله داده‌های غیرساختاریافته و نیمه‌ساختاریافته، مناسب می‌کند.
• عملکرد: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی سریع‌تر از پایگاه‌های داده SQL هستند، به خصوص برای پرس‌وجوهای پیچیده و برنامه‌هایی که با حجم عظیمی از داده‌ها سروکار دارند. این امر به دلیل معماری NoSQL است که از عملیات اتصال اولیه روی داده‌ها اجتناب می‌کند و به جای آن از پارتیشن‌بندی و توزیع داده‌ها در چندین سرور استفاده می‌کند.
• سادگی: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی از مدل‌های داده ساده‌تر و رابط‌های برنامه‌نویسی (API) آسان‌تر برای استفاده نسبت به پایگاه‌های داده SQL استفاده می‌کنند. این امر آنها را برای توسعه‌دهندگان و تیم‌هایی که به دنبال راه‌حل‌های پایگاه داده سریع و آسان برای پیاده‌سازی هستند، ایده‌آل می‌کند.
• در دسترس بودن: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی به صورت توزیع‌شده طراحی شده‌اند، به این معنی که هیچ نقطه خرابی واحدی ندارند. این امر آنها را برای برنامه‌هایی که نیاز به در دسترس بودن بالا دارند، ایده‌آل می‌کند.

معایب استفاده از پایگاه داده nosql

درست است که پایگاه‌های داده NoSQL مزایای متعددی از جمله مقیاس‌پذیری، انعطاف‌پذیری، عملکرد بالا و سادگی ارائه می‌دهند، اما در کنار این مزایا، معایبی نیز دارند که باید قبل از انتخاب NoSQL برای برنامه خود در نظر بگیرید. برخی از معایب رایج پایگاه‌های داده NoSQL عبارتند از:

1. عدم وجود استاندارد: برخلاف SQL، هیچ استاندارد واحدی برای پایگاه‌های داده NoSQL وجود ندارد. این امر می‌تواند یادگیری و استفاده از چندین نوع پایگاه داده را دشوارتر کند و همچنین می‌تواند منجر به عدم انطباق و مشکلات سازگاری شود.
2. پیچیدگی بیشتر: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی از مدل‌های داده پیچیده‌تری نسبت به پایگاه‌های داده SQL استفاده می‌کنند. این امر می‌تواند منجر به منحنی یادگیری شیب‌دارتر و همچنین نیاز به تخصص بیشتر برای مدیریت و نگهداری پایگاه داده شود.
3. عدم وجود ضمانت‌های ACID: پایگاه‌های داده NoSQL ممکن است ضمانت‌های ACID (اتمیک بودن، سازگاری، جداسازی و دوام) را به طور کامل ارائه ندهند. این امر می‌تواند آنها را برای برنامه‌هایی که به تراکنش‌های قابل اعتماد نیاز دارند، نامناسب کند.
4. چالش‌های امنیتی: پایگاه‌های داده NoSQL ممکن است چالش‌های امنیتی بیشتری نسبت به پایگاه‌های داده SQL داشته باشند، زیرا آنها اغلب از مدل‌های داده انعطاف‌پذیرتر و رابط‌های API بازتر استفاده می‌کنند.
5. فقدان ابزار و پشتیبانی: ممکن است ابزارها و پشتیبانی کمتری برای پایگاه‌های داده NoSQL در مقایسه با پایگاه‌های داده SQL وجود داشته باشد. این امر می‌تواند عیب‌یابی و رفع مشکلات را دشوارتر کند.
6. ناسازگاری با برنامه‌های موجود: اگر قبلاً از برنامه‌های کاربردی مبتنی بر SQL استفاده می‌کنید، ممکن است ادغام آنها با پایگاه داده NoSQL دشوار باشد.

پایگاه‌های داده NoSQL

عکس از سایت boardinfinity.com

• ذخیره‌سازی کلید-مقدار: داده‌ها را به صورت جفت کلید-مقدار ذخیره می‌کنند، که به شما امکان می‌دهد به سرعت داده‌ها را بر اساس کلید بازیابی کنید. نمونه‌هایی از این نوع پایگاه‌های داده عبارتند از Redis و Memcached.
• پایگاه‌های داده مبتنی بر سند: داده‌ها را به صورت اسناد ذخیره می‌کنند، که می‌توانند ساختارهای JSON یا BSON باشند. نمونه‌هایی از این نوع پایگاه‌های داده عبارتند از MongoDB و CouchDB.
• پایگاه‌های داده گراف: داده‌ها را به صورت گراف ذخیره می‌کنند، که در آن اشیاء به عنوان گره و روابط بین آنها به عنوان لبه نشان داده می‌شوند. نمونه‌هایی از این نوع پایگاه‌های داده عبارتند از Neo4j و OrientDB.
• پایگاه‌های داده ستونی: داده‌ها را به صورت ستون ذخیره می‌کنند، که به شما امکان می‌دهد پرس‌وجوهای کارآمد را برای داده‌های عددی انجام دهید. نمونه‌هایی از این نوع پایگاه‌های داده عبارتند از Cassandra و HBase.

ویژگی‌های پایگاه داده NoSQL

• مدل‌های داده متنوع: پایگاه‌های داده NoSQL از مدل‌های داده متنوعی مانند اسناد، نمودارها، جفت‌های کلید-مقدار و ستون‌های عریض پشتیبانی می‌کنند. این امر آنها را برای ذخیره‌سازی انواع مختلف داده‌ها، از جمله داده‌های غیرساختاریافته و نیمه‌ساختاریافته، مناسب می‌کند.
• مقیاس‌پذیری افقی: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی به صورت افقی مقیاس‌پذیر هستند، به این معنی که می‌توانید با اضافه کردن سرورهای بیشتر به خوشه، ظرفیت ذخیره‌سازی و پردازش را به راحتی افزایش دهید. این امر آنها را برای برنامه‌هایی که با حجم عظیمی از داده‌ها سروکار دارند یا به سرعت در حال رشد هستند، ایده‌آل می‌کند.
• انعطاف‌پذیری: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی از ساختارهای داده انعطاف‌پذیرتری نسبت به پایگاه‌های داده SQL استفاده می‌کنند. این امر به شما امکان می‌دهد بدون نیاز به تعریف طرح‌های از پیش تعیین‌شده، داده‌های خود را ذخیره و بازیابی کنید.
• عملکرد بالا: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی سریع‌تر از پایگاه‌های داده SQL هستند، به خصوص برای پرس‌وجوهای پیچیده و برنامه‌هایی که با حجم عظیمی از داده‌ها سروکار دارند. این امر به دلیل معماری NoSQL است که از عملیات اتصال اولیه روی داده‌ها اجتناب می‌کند و به جای آن از پارتیشن‌بندی و توزیع داده‌ها در چندین سرور استفاده می‌کند.
• سادگی: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی از مدل‌های داده ساده‌تر و رابط‌های برنامه‌نویسی (API) آسان‌تر برای استفاده نسبت به پایگاه‌های داده SQL استفاده می‌کنند. این امر آنها را برای توسعه‌دهندگان و تیم‌هایی که به دنبال راه‌حل‌های پایگاه داده سریع و آسان برای پیاده‌سازی هستند، ایده‌آل می‌کند.
• در دسترس بودن بالا: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی به صورت توزیع‌شده طراحی شده‌اند، به این معنی که هیچ نقطه خرابی واحدی ندارند. این امر آنها را برای برنامه‌هایی که نیاز به در دسترس بودن بالا دارند، ایده‌آل می‌کند.
• سازگاری نهایی: پایگاه‌های داده NoSQL به طور کلی از مدل سازگاری نهایی استفاده می‌کنند، به این معنی که ممکن است در برخی موارد تاخیر کوتاهی در به روز رسانی داده‌ها بین گره‌های مختلف خوشه وجود داشته باشد. این امر آنها را برای برنامه‌هایی که به سازگاری آنی داده‌ها نیاز ندارند، مناسب می‌کند.

نمونه‌هایی از پایگاه‌های داده محبوب NoSQL

پایگاه‌های داده مبتنی بر سند

• MongoDB: یکی از محبوب‌ترین پایگاه‌های داده NoSQL است که از مدل داده مبتنی بر سند استفاده می‌کند. MongoDB به دلیل مقیاس‌پذیری، انعطاف‌پذیری و عملکرد بالا شناخته شده است.
• CouchDB: یک پایگاه داده NoSQL منبع باز است که از مدل داده مبتنی بر سند استفاده می‌کند. CouchDB به دلیل تمرکز بر روی همگام‌سازی همتا به همتا و سازگاری نهایی شناخته شده است.

پایگاه‌های داده کلید-مقدار

• Redis: یک پایگاه داده NoSQL منبع باز است که داده‌ها را به صورت جفت کلید-مقدار ذخیره می‌کند. Redis به دلیل سرعت و عملکرد بالا شناخته شده است و اغلب برای ذخیره‌سازی حافظه پنهان، صف‌های پیام و سایر داده‌های موقت استفاده می‌شود.
• Memcached: یک پایگاه داده NoSQL منبع باز است که داده‌ها را به صورت جفت کلید-مقدار ذخیره می‌کند. Memcached به دلیل سادگی و عملکرد بالا شناخته شده است و اغلب برای ذخیره‌سازی حافظه پنهان وب استفاده می‌شود.

پایگاه‌های داده گراف

• Neo4j: یک پایگاه داده NoSQL منبع باز است که از مدل داده گراف استفاده می‌کند. Neo4j به دلیل توانایی آن در ذخیره و پرس و جو روابط پیچیده بین اشیاء شناخته شده است.
• OrientDB: یک پایگاه داده NoSQL منبع باز است که از مدل داده گراف استفاده می‌کند. OrientDB به دلیل پشتیبانی از مدل‌های داده چندگانه، از جمله اسناد و گراف‌ها، شناخته شده است.

پایگاه‌های داده ستونی

• Cassandra: یک پایگاه داده NoSQL منبع باز است که از مدل داده ستونی استفاده می‌کند. Cassandra به دلیل مقیاس‌پذیری و تحمل‌پذیری خطا شناخته شده است و اغلب برای ذخیره‌سازی داده‌های بزرگ استفاده می‌شود.
• HBase: یک پایگاه داده NoSQL منبع باز است که از مدل داده ستونی استفاده می‌کند. HBase به دلیل عملکرد بالا و توانایی آن در مدیریت حجم عظیمی از داده‌ها شناخته شده است.
  اینها تنها چند نمونه از بسیاری از پایگاه‌های داده NoSQL موجود هستند.

جمع بندی

پایگاه های داده NoSQL مزایای مختلفی از جمله مدل های داده های انعطاف پذیر، مقیاس بندی افقی، پرس و جوهای سریع رعد و برق و سهولت استفاده را برای توسعه دهندگان ارائه می دهند. پایگاه‌های داده NoSQL انواع مختلفی دارند، از جمله ذخیره‌سازی اسناد، پایگاه‌های داده کلید-مقدار، فروشگاه‌های ستون گسترده، پایگاه‌های داده گراف و پایگاه‌های داده چند مدلی.