NoSQL چیست و کاربرد هایی دارد؟

nosql چیست و از آن چه می‌دانید؟

حتما شماهم در دنیای برنامه‌نویسی و پایگاه‌های داده‌ای، نام nosql را شنیده‌اید و اکنون خواستار آشنایی با آن هستید، ما به شما پیشنهاد می‌کنیم که حتما قبل از خواندن این مطلب دو مبحث ما در خصوص سیستم مدیریت پایگاه داده یا DBMS چیست و همچنین sql server چیست را مطالعه کنید تا مبحث ما درخصوص پایگاه‌های داده‌ای nosql را بهتر درک کنید.

nosql چیست؟

اگر در خصوص موضوعاتی که به شما پیشنهاد دادیم، اطلاعات دارید پس به سراغ اصل موضوع امروز یعنی آشنایی با nosql، انواع و همچنین ویژگی‌های آن می‌پردازیم. حال به سراغ معرفی واژه nosql می‌رسیم؛ در واقع پایگاه‌های داده NoSQL غیر جدولی هستند و ذخیره اطلاعات در آن‌ها متفاوت از جداول رابطه‌ای است. این پایگاه‌های داده بر اساس مدل داده، طبقه‌بندی می‌شوند و عملکرد اصلی آن‌ها، ارائه مکانیزمی برای ذخیره و بازیابی اطلاعات است.

در حقیقت سیستم ذخیره‌سازی داده‌ها در این نوع پایگاه‌های داده‌ای به جای جدول، از سندها برای ذخیره‌سازی اطلاعات استفاده می‌کند که ساختار مشخصی ندارد. دوستان درسمن، این هم بدانید که nosql در ساختار داخلی خود از Schema پویا و قابل تغییر” یا “Dynamic Schema” استفاده کرده که باعث می‌شود امکان تغییر در ساختار ذخیره‌سازی داده‌ها فراهم و انعطاف‌پذیری بسیاری به دیتابیس در کار با داده‌های گوناگون و حجیم دهد.

رابطه NoSQL با MongoDB

MongoDB یک پایگاه داده مبتنی بر یک مدل سند غیر رابطه ای است. بنابراین به عنوان یک پایگاه داده NOSQL شناخته می شود و انواع مختلفی دارد. یادگیری این پایگاه داده قدرتمند و محبوب، پلی است به سمت بازار کار. کسب و کار های زیادی از این پایگاه داده استفاده می کنند و به همین دلیل هم میزان تقاضا برای متخصصان آن بسیار زیاد است.

ما در آکادمی درسمن آموزش MongoDB را از مقدماتی تا پیشرفته تهیه و تدوین کرده ایم تا بتوانید برای ورد به بازار کار آماده شوید. در این دوره خاص آموزش صفر تا صدی NoSQL را نیز آورده ایم. این دوره آنقدر کامل است که پس از گذراندن آن به هیچ دوره دیگری نیاز ندارید. پیشنهاد می کنیم از منو بالا به صفحه دوره بروید و ویژگی های خارق العاده این دوره ببینید.

ویژگی‌های پایگاه داده NoSQL

قبل از بیان ویژگی‌های این پایگاه داده جالب است بدانید که این سیستم‌های مدیریت داده برای رفع نقاط ضعف SQL در کار با داده‌های حجیم ارائه شد، چراکه با پیشرفت تکنولوژی طی سالیان اخیر برای پردازش و ذخیره‌سازی بهینه‌تر اطلاعات با سرعت بالا و عدم امکان استفاده از جداول (Table)، در بسیاری از پروژه‌های بزرگ احساس میشد و از طرفی، ذخیره سازی حجم بالایی از داده‌های بدون ساختار (non-structured data) در دیتابیس‌های SQL، باعث کاهش شدید سرعت و کارایی دیتابیس شده بود. به همین خاطر تکنولوژی جدیدی به نام NoSQL با هدف اصلی ذخیره‌سازی و کار با داده‌های بدون ساختار و حجیم رواج یافت. اما از ویژگی‌های کلیدی NoSQL  می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

سازگاری با داده‌های متعدد

همان طور که می‌دانید پایگاه داده‌های رابطه‌ای معمولا قبل از اینکه بتوانند به داده‌ها دسترسی پیدا کنند و آن‌ها را تجزیه و تحلیل کنند، نیاز به جدول دارند و در واقع نیاز به یک ساختاردهی خوب و منظم است تا بتوان اطلاعات مورد نیاز را دریافت کرد. درحالی‌کهNoSQL  مدیریت داده‌ها را بسیار انعطاف‌پذیر می‌کند تا جایی که می‌توان داده‌های بدون ساختار، نیمه ساختار و ساختاریافته را با سرعت و سهولت بالاتری دریافت کند.

توزیع جهانی داده‌ها

NoSQL می‌توانند توزیع داده‌ها در مقیاس جهانی تضمین کند که این قابلیت را از طریق چندین منطقه ابری و مراکز داده‌ای برای عملیات خواندن و نوشتن در مکان‌های مختلف انجام می‌دهد، درصورتی‌که پایگاه‌های داده رابطه‌ای عموما به برنامه‌های متمرکز و وابسته به مکان شمخص برای عملیات خواندن و نوشتن متکی هستند.

حداقل زمان توقف

در نهایت، پایگاه‌های داده NoSQL قوی هستند و حداقل زمان خرابی را دارند. همچنین تداوم کسب و کار از طریق معماری بدون سرور و ایجاد کپی‌های متعدد از داده‌ها باعث می‌شود‌‌ در صورت نقص عملکرد یک سند، دیگر سندها به کپی داده‌های خود دسترسی داشته باشند.

انواع پایگاه های داده NoSQL

پایگاه های داده NoSQL در پنج نوع اصلی عرضه می شوند که هر کدام مزایا و محدودیت‌های خود را دارد و شرکت‌ها باید استفاده از انواع پایگاه داده را براساس نیازهای تجاری خود انتخاب کنند. اما انواع پایگاه‌های داده NoSQL عبارت‌اند از:

Key-value

همانطور که از نام این نوع پایگاه داده پیداست، اطلاعات در آن به عنوان یک کلید و یک مقدار ذخیره می‌شود. به عبارت ساده‌تر اینگونه دیتابیس‌ها از یک کلید (Key) که نقش شناسه هر داده دارد، برای دریافت و ذخیره‌سازی داده‌ها (Value) استفاده می‌کند و به علت سادگی کارکرد آن، پر استفاده‌ترین نوع دیتابیس های NoSQL هستند.

شرکت‌ها از این پایگاه داده ساده برای برنامه هایی مانند فرهنگ لغت، مجموعه‌ها و آرایه‌های انجمنی استفاده می کنند. همچنین استفاده رایج از این نوع پایگاه داده NoSQL برای سبد خرید در وب‌سایت‌های تجارت الکترونیک نیز استفاده می‌گردد.

ذخیره ستونی

این نوع پایگاه داده‌ NoSQL  روی ستون‌ها کار می کند که در آن هر ستون به طور مستقل بررسی می‌شود. پس می‌توان گفت نوع ذخیره‌سازی ستونی اطلاعات به دلیل در دسترس بودن داده‌های آماده در فرم ستونی، از آن بیشتر برای مواردی چون  COUNT ،SUM ،MIN و AVG استفاده می‌شود. همچنین شرکت‌ها از پایگاه‌های داده NoSQL ستون‌گرا برای ذخیره و پردازش حجم داده‌های بزرگ در رایانه‌های متعدد نیز استفاده می‌کنند.

این نوع دیتابیس‌ها مانند SQL از جدول، ستون و سطر استفاده می‌کند. اما عملکرد ارتباطی آن‌ها شبیه به جداول SQL نیست و هر ستون می‌تواند شامل داده‌هایی با فرمت و ساختار متفاوت باشد. به عبارت بهتر، نوع تعریف و فرمت یک ستون می‌تواند در هر سطر متفاوت باشد و این دیتابیس‌ها بخاطر انعطاف بسیار بالایی که در ثبت و کار با داده‌های بسیار عظیم و متفاوت دارند، کاربردی هستند.

اسناد

در این پایگاه داده، ذخیره و بازیابی داده‌ها مانند نوع Key-value  است با این تفاوت مقادیر با استفاده از فرمت JSON یا XML ذخیره می شوند. در استفاده از این پایگاه داده، کاربران نیازی به تعریف داده ندارند که همین امر انعطاف‌پذیری آن‌ را افزایش می دهد. این پایگاه‌های داده NoSQL بیشتر برای پلتفرم‌های وبلاگ‌نویسی، سیستم‌های CMS، تجارت الکترونیک و تجزیه و تحلیل بلادرنگ استفاده می‌گردد.

در حقیقت پایگاه‌های داده NoSQL مبتنی بر سند، سطح بعدی پایگاه‌های داده کلید-مقدار هستند که هر کلید را قادر می‌سازد تا یک مقدار تودرتو مرتبط داشته باشد اما این برای تراکنش‌های پیچیده‌ای که نیاز به پرس‌وجوهای متعدد یا عملیات در برابر ساختارهای مجموع متفاوت دارند، ایده آل نیست. یعنی پایگاه‌های داده مبتنی بر سند به منظور ذخیره سازی داده‌های بدون ساختار مشخص با پراکندگی بالا استفاده می‌شود.

مبتنی بر نمودار یا گراف

این نوع پایگاه‌داده NoSQL، موجودیت ها را همراه با روابط بین آنها ذخیره می‌کنند. به عبارت بهتر هر موجودیت در طول ذخیره‌سازی به عنوان یک گره در نظر گرفته می شود و روابط آن به عنوان لبه‌ها ذخیره می‌گردد که یک لبه، روابط بین گره‌ها را برقرار می‌کند و هر گره و یال یک شناسه مجزا اختصاص داده می‌شود.پس این را بدانید که دو جز پایگاه داده‌های NoSQL از نوع Graph ، گره و لبه است که به منظور ذخیره‌سازی حجم زیادی از داده‌های ارتباطی (Relational data) استفاده می‌گردد.

چند مدله یا چند متغیره

در نهایت این نوع پایگاه‌های داده NoSQL، امکان ذخیره‌سازی و کار با داده‌ها را در چندین حالت متفاوت فراهم می‌کنند. یکی از ویژگی‌های کلیدی پایگاه‌های داده چند مدله، تبدیل داده‌ها در بین قالب‌ها است؛ به عنوان مثال می‌توان به سرعت داده‌های ذخیره شده در قالب JSON را به XML تبدیل کرد و از مزیت دیگر آن می‌توان به سازگاری داده‌های بین مدلی به دلیل پشتوانه مشترک و انطباق ACID که منجر به تحمل خطای بالاتر می‌شود، اشاره کرد.

نمونه‌هایی از NoSQL

حال که فهمیدیم nosql چیست و چه انواعی دارد، می‌خواهیم برخی از محبوب‌ترین آن‌ها را نام ببریم که شامل موارد زیر است:

MongoDB

این سیستم مدیریت محتوا براساس نوع سند محور است که اصلی‌ترین دلایل محبوبیت آن مربوط به ویژگی‌هایی چون در دسترس بودن بالا داده‌ها از طریق مجموعه‌های تکراری، پشتیبانی از انواع مختلف داده‌های تک فیلدی، چند کلید (آرایه)، ترکیبی (چند فیلد)، مکانی، هش و متن، برخورداری از شِما پویا‌ برای قرار دادن داده‌های بیشتر بدون تغییر دادن در شما کلی برنامه و سرعت بالای آن در اجرای پرس‌وجوها را نام برد. پس اگر به دنبال ذخیره سازی حجم بالایی از داده های مختلف و پراکنده هستید که کار کردن با آن آسان باشد، پیشنهاد می‌کنیم حتما از MongoDB استفاده کنید.

Apache CouchDB

این پایگاه داده NoSQL مبتنی بر وب و منبع باز است که اسناد را با استفاده از فرمت داده JSON ذخیره می کند. CouchDB API همچنین مبتنی بر HTTP بوده و از جاوا اسکریپت برای نمایه سازی، تبدیل و ترکیب اسناد استفاده می‌کند. 

Aerospike 

یکی دیگر از سیستم‌های پایگاه داده NoSQL براساس نوع Key-value است که برای  کلاسترینگ بسیار قدرتمند بوده و از نظر حجک پردازش داده و سرعت، بالاترین رتبه را به خود اختصاص داده است. این سیستم پایگاه داده ذخیره‌سازی اطلاعات خود را به صورت ترکیبی از Ram و SSD، انجام می‌دهد.

Redis 

یکی دیگر از سیستم‌های پایگاه داده NoSQL که براساس نوع Key-value کار می‌کند که با استفاده از زبان ANSI C طراحی شده است. در حقیقت سرعت بسیار بالای Redis، یکی از دلایلی است که مورد توجه مدیران قرار دارد. البته این هم بدانید که تمامی اطلاعات در Ram ذخیره شده و این دیتابیس قابلیت کلاستر شدن را ندارد.

Cassandra

این دیتابیس از قوی ترین دیتابیس های NoSQL بوده و توسط Apache ارائه شده که قابلیت‌های بسیار خاص و بالای آن، توجه افراد مختلفی را به خود جذب کرده است. البته که سرعت پردازش Aerospike از Cassandra بیشتر است اما قابلیت‌های فراوان و انعطاف بالای این سیستم، آن را به یکی از قدرتمندترین‌های NoSQL  تبدیل کرده است.

Objectivity Infinite Graph

یک پایگاه داده بسیار تخصصی بوده که روی مدل های داده گراف متمرکز شده است. این سیستم که با   جاوا پیاده‌سازی با هدف شناسایی روندهای پنهان در مجموعه داده‌های عظیم، پیچیده و بسیار متصل، در اختیار مدیران قرار گرفته است. ایده آل است.

InfiniteGraph ، مقیاس‌پذیر، کراس پلتفرم و مبتنی بر ابر است که راه حل ترجیحی NoSQL برای سرویس‌ها و برنامه‌هایی با حل مشکلات نمودار در محیط های تجاری به حساب می‌آید. این سیستم بیشتر برای مراقبت‌های بهداشتی، مخابرات، امنیت سایبری، امور مالی، تولید و شبکه استفاده می شود.

معایب nosql چیست؟

هر فناوری و تکنولوژی در کنار مزایایی که دارد، یکسری نقاط ضعف داشته که پایگاه داده NoSQL نیز از آن مستثنی نیست. پس می‌توان مهم‌ترین معایب NoSQL را مواردی چون عدم استاندارد سازی و نقاط ضعف در انواع مختلفی از نمونه‌های NoSQL ، عدم تضمین ثبات، یکپارچگی و دوام داده‌ها، ضعیف بودن در زمینه مدیریت تراکنش‌ها، مناسب نبودن برای برنامه‌هایی با تجزیه، تحلیل داده‌ها یا گزارش‌های پیچیده، پایین بودن امنیت آن‌ها نسبت به پایگاه‌های داده‌ای SQL، پیچیده بودن مدیریت داده‌ها، وجود نداشتن ابزارهای رابط کاربری گرافیکی برای دسترسی به پایگاه داده به صورت انعطاف پذیر، عدم ثبات برای پشتیبان‌گیری از داده‌ها در برخی از نمونه‌های آن و اشغال حجم بالایی از حافظه، دانست. 

کلام آخر . . .

ما در اینجا به مباحث مهمی از سوال nosql چیست، پاسخ دادیم و دلیل طراحی این پایگاه‌های داده را بیان کردیم. گرچه امروزه پایگاه‌های رابطه‌ای  گسترده‌ای بسیاری برای استفاده دارند اما همیشه راه حل ایده آلی برای عملکرد بالا به ویژه برای برنامه‌هایی که درگیر ذخیره سازی و پردازش مکرر داده در مقیاس وسیع هستند، مناسب نبوده چراکه عملکرد بالا، سهولت دسترسی و مقیاس‌پذیری بالای پایگاه‌های داده NoSQL، راحتی بسیاری را برای پروژه‌های بزرگ ایجاد کرده است.

البته این هم بدانید که این پایگاه داده یک جایگزین مناسب همه جانبه برای پایگاه داده‌ رابطه‌ای نیست، بلکه آن را به یک راه‌حل تخصصی تبدیل کرده که تعداد محدودی از برنامه‌ها می‌توانند به آن تکیه کنند. پس اگر بازهم سوالی ذهن شما را در خصوص این پایگاه داده به خود مشغول کرده، حتما آن را با ما به اشتراک بگذارید.

سوالات متداول:

شاید برخی از سوالات زیر درباره nosql چیست، شما را درباره این پایگاه داده به چالش کشیده باشد که ما به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

پس چه زمانی باید از NoSQL استفاده کنیم؟

به طورکلی برای ذخیره و بازیابی حجم عظیمی از داده‌ها، مهم نبودن رابطه بین داده‎های ذخیره شده، تغییر داده‌ها در طول زمان و نبود هیچ ساختاری برای آن‌ها، نیاز نداشتن به پشتیبانی از محدودیت‌ها و اتصالات در سطح پایگاه داده و در نهایت داده‌هایی که مداوم در حال رشد هستند و برای مدیریت آن‌ها باید به طور مرتب اطلاعات را مقیاس‌بندی کرد، باید از NoSQL استفاده کنید.

آیا NoSQL می‌تواند به طور کامل جایگزین پایگاه داده های رابطه ای شود؟

در یک کلام باید گفت نه، چراکه NoSQL برای موارد خاص بهتر است، در حالی که پایگاه داده‌های رابطه‌ای برای پروژه‌های کوچک و منظم انتخاب مناسب هستند. انتخاب به نیازهای خاص سازمان پذیرنده بستگی دارد. برای موارد استفاده خاص، شرکت ها حتی می توانند هر دو نوع پایگاه داده را با هم مستقر کنند، زیرا این راه حل ها می توانند یکدیگر را تکمیل کنند. اگر برای پروژه‌های خود به دنبال انعطاف‌پذیری، چند وجهی بودن، مقیاس‌پذیری، در دسترس بودن و عدم نیاز به یک ساختار منظم برای واکشی داده‌های خود هستید، حتما ازNoSQL  استفاده کنید.

آیا می توانم از پایگاه داده‌های NoSQL و SQL با هم در یک پروژه استفاده کنم؟

بله، استفاده از هر دو نوع پایگاه داده در یک پروژه معمول است. این رویکرد به عنوان پایداری چند زبانه شناخته می شود و به ما اجازه می دهد تا از نقاط قوت هر نوع پایگاه داده برای بخش‌های مختلف برنامه خود استفاده کنیم.

چه زمانی باید در پروژه نرم افزاری خود از پایگاه داده NoSQL استفاده کنم؟

پایگاه داده های NoSQL برای زمانی که ما نیاز به مدیریت حجم زیادی از داده‌ها با الزامات مقیاس پذیری بالا داریم، یا زمانی که داده های ما به طور دقیق در قالب ساختار یافته و جدولی قرار نمی‌گیرند، بسیار مناسب است. همچنین برای برنامه های بلادرنگ مانند اینترنت اشیا، رسانه‌های اجتماعی و بازی نیز مناسب هستند.

تفاوت بین SQL و NoSQL چیست؟ 

از مهم‌ترین تفاوت‌های این دو پایگاه داده باید به موارد زیر اشاره کنیم:

• پایگاه داده های SQL رابطه‌ای هستند و پایگاه‌های داده NoSQL غیر رابطه‌ای هستند.
• پایگاه داده‌های SQL از زبان پرس و جوی ساختاریافته (SQL) استفاده می‌کنند و یک طرح از پیش تعریف شده دارند اما پایگاه‌های داده NoSQL دارای طراحی پویا برای داده‌های بدون ساختار هستند.
• پایگاه داده‌های SQL به صورت عمودی مقیاس‌پذیر هستند، درحالی‌که پایگاه های داده NoSQL به صورت افقی مقیاس‌پذیر هستند.
• پایگاه‌های داده SQL مبتنی بر جدول هستند، در حالی که پایگاه‌های داده NoSQL ذخیره‌ داده‌ها را به صورت اسناد، کلید-مقدار، نمودار یا ستون‌های گسترده انجام می‌دهند.
• پایگاه‌های داده SQL برای تراکنش‌های چند ردیفه بهتر بوده ، درحالی‌که NoSQL برای داده‌های بدون ساختار مانند اسناد یا JSON بهتر است.