همه آنچه باید درمورد پایگاه‌های داده NoSQL بدانید

پایگاه داده‌های NoSQL یا (Not only SQL) یک مجموعه از پایگاه‌های داده است که از رویه‌های استاندارد رابطه‌ای رها کرده و به جای آن از ساختارهای داده‌ای غیر رابطه‌ای استفاده می‌کنند. در پایگاه‌های داده رابطه‌ای، داده‌ها به صورت جدولی از ردیف‌ها و ستون‌ها ذخیره می‌شوند. اما در پایگاه‌های داده NoSQL، داده‌ها به صورت ساختاری متناسب با نوع داده‌ای که در آن ذخیره شده است مدیریت می‌شوند.

پایگاه داده‌های NoSQL برای مواردی مانند حجم بالای داده‌ها و برنامه‌های کاربردی مختلف از جمله تجارت الکترونیک، وب و اینترنت اشیاء مناسب هستند. این پایگاه‌های داده از قابلیت هماهنگی بالا و انعطاف پذیری بیشتری نسبت به پایگاه‌های داده رابطه‌ای برخوردارند.

همچنین، پایگاه داده‌های NoSQL مانند MongoDB، Cassandra و Couchbase از مدل‌های داده‌ای گوناگونی مانند سند، کلید-مقدار، ستونی و گراف استفاده می‌کنند. این مدل‌های داده‌ای به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهند تا به راحتی با داده‌ها کار کنند و به داده‌های جدید به صورت پویا پاسخ دهند.

به طور کلی، پایگاه داده‌های NoSQL برای کاربردهایی که نیاز به حجم بالای داده‌ها و انعطاف بیشتر در ذخیره‌سازی و بازیابی داده‌ها دارند، مناسب هستند.

ویژگی های NoSQL

NoSQL یا “Not Only SQL” یک نوع پایگاه داده است که در برخی موارد از روش‌های سنتی SQL برای ذخیره و مدیریت داده‌ها استفاده نمی‌کند. این فناوری به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد تا با ساختار داده‌ای متفاوت، اطلاعات خود را در پایگاه داده‌ها ذخیره کنند و به راحتی از آن‌ها در برنامه‌های خود استفاده کنند. افزایش قابلیت اطمینان، سرعت بالا و انعطاف‌پذیری بالا از ویژگی‌های اصلی پایگاه‌داده‌های NoSQL هستند.

ویژگی‌های اصلی NoSQL شامل موارد زیر می‌شود:

۱- ساختار داده‌ای خودکار

در پایگاه‌های داده NoSQL، توسعه‌دهندگان می‌توانند با استفاده از ساختار داده‌ای متفاوتی، اطلاعات خود را ذخیره کنند. به عنوان مثال، می‌توان از ساختارهای JSON، XML و یا ساختارهای دیگر به جای جداول رابطه‌ای استفاده کرد.

یکی از ویژگی‌های پایگاه‌های داده NoSQL، ساختار داده‌ای خودکار است. این به این معنی است که در مقابل پایگاه‌های داده رابطه‌ای که نیازمند تعریف قبلی جداول و ستون‌ها هستند، در NoSQL این نیاز به تعریف ساختار قبلی وجود ندارد.

در پایگاه‌های داده NoSQL، اطلاعات در سند‌ها (Document) ذخیره می‌شوند. هر سند می‌تواند فرمت مختلفی داشته باشد و شامل یک یا چندین فیلد با مقادیر متفاوت باشد. به این ترتیب، اطلاعات در این پایگاه‌های داده به صورت ساختاری و انعطاف‌پذیر ذخیره می‌شوند که امکان برقراری ارتباطات پیچیده و چندگانه با داده‌ها را فراهم می‌آورند.

به طور خلاصه، در پایگاه‌های داده NoSQL، ساختار داده‌ای خودکار به این معنی است که هر سند به صورت مستقل و با فرمت دلخواهی ذخیره می‌شود و نیاز به تعریف ساختار قبلی برای داده‌ها وجود ندارد.

۲- افزایش قابلیت اطمینان

در NoSQL، توسعه‌دهندگان از تکنولوژی‌های متنوعی مانند توزیع بار، پشتیبانی از چندین سرور، و فرآیند خودکاری استفاده می‌کنند تا به افزایش قابلیت اطمینان در پایگاه داده‌های خود برسند.

در پایگاه داده‌های NoSQL، افزایش قابلیت اطمینان به دو صورت میسر است:

الف- توزیع‌شدگی

پایگاه‌های داده NoSQL از طریق توزیع‌شدگی، امکان افزایش قابلیت اطمینان را فراهم می‌کنند. با توزیع داده‌ها در سرورهای مختلف، نقطه شکست در یک سرور تاثیر مستقیم در دسترسی به داده‌های دیگر ندارد و سیستم بدون قطعی در دسترس خواهد بود. همچنین، با توزیع داده‌ها، بار ترافیک شبکه نیز تقسیم می‌شود و از افزایش حجم داده و تعداد کاربران بدون تاثیر بر کارایی سیستم استفاده می‌شود.

ب- پشتیبانی از چندین مدل داده‌ای

در پایگاه داده‌های رابطه‌ای، تعریف ساختار داده‌ای برای داده‌ها ضروری است و در صورتی که ساختار داده‌ها تغییر کند، ممکن است برنامه‌های کاربردی تحت تاثیر قرار گیرند. اما در پایگاه داده‌های NoSQL، به دلیل عدم نیاز به تعریف ساختار قبلی، مدل‌های داده‌ای مختلفی مانند سند، سری زمانی، گراف، کلید-مقدار و … قابل پشتیبانی هستند. این مدل‌های داده‌ای مختلف، به کاربران این امکان را می‌دهند که بهترین مدل برای نیاز خود را انتخاب کنند و از افزایش قابلیت اطمینان سیستم برخوردار شوند.

به طور کلی، مزیت پایگاه‌های داده NoSQL افزایش قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری در مقابل پایگاه داده‌های رابطه‌ای است.

۳- افزایش سرعت

در برخی موارد، پایگاه‌ های داده NoSQL به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهند تا با استفاده از حافظه‌های فشرده، به سرعت بالاتری در دسترسی به داده‌های خود دست یابند. در این پایگاه داده‌های، افزایش سرعت به دو صورت میسر است:

الف- پشتیبانی از عملیات‌های موازی

در پایگاه‌های داده NoSQL، به دلیل استفاده از ساختار داده‌ای خودکار، درخواست‌ها به صورت مستقل از یکدیگر انجام می‌شوند و از امکان موازی‌سازی استفاده می‌شود. این به این معناست که برای پردازش درخواست‌ها، می‌توان از چندین رشته یا پردازنده در سطح سیستم استفاده کرد. این امر باعث افزایش سرعت پردازش و پاسخ‌دهی به درخواست‌ها می‌شود.

ب- ساختار داده‌ای خودکار

در پایگاه‌های داده NoSQL، به دلیل عدم نیاز به تعریف ساختار داده قبلی، زمان مورد نیاز برای ذخیره‌سازی داده‌ها کمتر است. این به این معناست که به جای اینکه برای هر داده، ساختار و شمای آن تعریف شود، داده‌ها به صورت مستقل و با فرمت دلخواه ذخیره می‌شوند. این کاهش زمان لازم برای تعریف ساختار داده و تبدیل آن به فرمت دلخواه، سرعت پردازش و پاسخ‌دهی به درخواست‌ها را افزایش می‌دهد.

به طور کلی، این پایگاه داده‌ها با استفاده از ساختار داده‌ای خودکار و قابلیت پشتیبانی از عملیات موازی، به کاربران این امکان را می‌دهند که با سرعت بیشتری به داده‌های خود دسترسی پیدا کنند و عملیات‌های پردازشی را با سرعت بالاتری انجام دهند.

۴- قابلیت انعطاف‌پذیری بالا

در مقابل پایگاه‌داده‌های رابطه‌ای که داده‌ها را در جداول مشخص ذخیره می‌کنند، پایگاه‌های داده NoSQL به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهند تا با ساختار داده‌ای مختلفی داده‌های خود را ذخیره کنند. این ویژگی باعث می‌شود که پایگاه‌ داده‌ NoSQL به سادگی با نیازهای برنامه‌های مختلف سازگار شوند.

در پایگاه‌های داده NoSQL، به دلیل استفاده از ساختار داده‌ای خودکار و پشتیبانی از چندین مدل داده‌ای، قابلیت انعطاف‌پذیری بالا ارائه شده است. این به این معنا است که پایگاه داده‌های NoSQL می‌توانند به نیازهای متفاوت کاربران پاسخ دهند.

الف- ساختار داده‌ای خودکار

در پایگاه‌های داده NoSQL، به دلیل عدم نیاز به تعریف ساختار داده قبلی، امکان تغییر ساختار داده به راحتی وجود دارد. این به این معناست که می‌توان به طور مستقل و با فرمت دلخواه، داده‌های جدید را ذخیره کرد. این ویژگی به کاربران این امکان را می‌دهد که با توجه به نیاز خود، ساختار داده را به راحتی تغییر دهند. به این ترتیب، پایگاه داده قابلیت تطبیق به محیط تحت کنترل کاربران را دارا می‌باشد.

ب- پشتیبانی از چندین مدل داده‌ای

در پایگاه‌های داده NoSQL، به دلیل پشتیبانی از چندین مدل داده‌ای، می‌توان به صورت همزمان از مدل‌های داده‌ای مختلف در سیستم استفاده کرد. این ویژگی به کاربران این امکان را می‌دهد تا بهترین مدل برای نیاز خود را انتخاب کنند و در نتیجه، به راحتی با تغییر نیازهای خود، از پایگاه داده استفاده کنند.

پ- توزیع‌شدگی

در پایگاه‌های داده NoSQL، به دلیل توزیع‌شدگی، می‌توان به صورت همزمان در سرورهای مختلف داده‌های خود را ذخیره کرد و در نتیجه، سیستم به محیط تحت کنترل کاربران تطبیق‌پذیر است.

به طور کلی، پایگاه داده‌های NoSQL با استفاده از ساختار داده‌ای خودکار و پشتیبانی از چندین مدل داده‌ای، به کاربران این امکان را می‌دهند که با توجه به نیاز خود، به راحتی در سیستم تغییراتی ایجاد کنند. این به ترتیب، اجازه می‌دهد تا پایگاه داده با محیط تحت کنترل کاربران هماهنگ شود.

۵- ذخیره سازی داده‌های ساختاری 

می‌توانید از پایگاه‌های داده NoSQL برای ذخیره داده‌های ساختاری هم استفاده کنید. در واقع، برخی از پایگاه داده‌های NoSQL مانند MongoDB و Couchbase قابلیت ذخیره داده‌های ساختاری را دارند. این پایگاه داده‌ها به کاربران اجازه می‌دهند که داده‌های ساختاری را به‌صورت اسناد JSON ذخیره کنند و به راحتی به آن‌ها دسترسی داشته باشند.

معمولاً پایگاه‌های داده NoSQL برای داده‌هایی که ساختار یکنواختی ندارند و نیاز به پردازش و جستجوی سریع دارند، استفاده می‌شوند. با این حال، اگر داده‌های ساختاری را به‌صورت مناسب در پایگاه داده‌های NoSQL ذخیره کنید، می‌توانید از مزایای این نوع پایگاه داده‌ها استفاده کنید، مانند قابلیت افزایش افقی و قابلیت پردازش پرتوان.

به‌طور کلی، اگر داده‌های شما دارای ساختار و ارتباطات پیچیده‌ای هستند، پایگاه داده‌های رابطه‌ای ممکن است بهترین گزینه باشند. اما اگر داده‌های شما دارای فرمت‌های مختلف و ساختار نامنظم هستند، پایگاه داده‌های NoSQL می‌توانند گزینه مناسبی برای ذخیره و پردازش داده‌های شما باشند.

محیط کاربری NoSQL

بیشتر پایگاه‌های داده NoSQL معمولاً محیط کاربری گرافیکی (GUI) برای مدیریت داده‌ها و پایگاه‌ها ارائه نمی‌کنند، بلکه بیشتر با استفاده از رابط کاربری خط فرمان (CLI) قابل دسترسی هستند. با این حال، برخی از پایگاه داده‌های NoSQL مانند MongoDB و Couchbase دارای محیط کاربری گرافیکی هستند که به کاربران این امکان را می‌دهد که از طریق یک رابط گرافیکی، پایگاه داده‌های خود را مدیریت کنند.

محیط کاربری پایگاه‌ های داده NoSQL به طور کلی متفاوت با محیط کاربری پایگاه داده‌های رابطه‌ای است. در محیط کاربری پایگاه داده‌های رابطه‌ای، کاربران می‌توانند با استفاده از فرمان‌های SQL داده‌های خود را مدیریت کنند. اما در پایگاه داده‌های NoSQL، معمولاً از یک زبان کوئری مخصوص استفاده می‌شود که به طور کلی شبیه به زبان JavaScript است. و به کاربران اجازه می‌دهد که داده‌های خود را به‌صورت مستقیم با استفاده از کد برنامه‌نویسی مدیریت کنند.

بعضی از پایگاه داده‌های NoSQL مانند MongoDB دارای محیط کاربری گرافیکی هستند که به کاربران اجازه می‌دهد که بدون نوشتن کد، با استفاده از یک رابط گرافیکی، داده‌های خود را مدیریت کنند. در محیط کاربری MongoDB، کاربران می‌توانند با استفاده از یک پنجره دستورالعمل‌های مربوط به داده‌های خود را در پایگاه داده وارد کنند و با استفاده از گزینه‌های مختلف، داده‌های خود را مدیریت کنند.

به طور کلی، محیط کاربری پایگاه داده‌های NoSQL بسیار متنوع است و بسته به پایگاه داده مورد استفاده، می‌تواند شامل محیط کاربری گرافیکی یا رابط کاربری خط فرمان باشد.