NoSQL یا Not Only SQL به دسته‌ای از سیستم‌های مدیریت پایگاه داده گفته می‌شود که از مدل داده‌ای غیر رابطه‌ای (Non-Relational) استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها، داده به صورت سند (Document)، سلسله مراتبی (Hierarchical)، کلید-مقدار (Key-Value) یا شبکه‌ای (Graph) ذخیره می‌شود و از SQL به عنوان زبان پرس‌وجو استفاده نمی‌شود. NoSQL برای مواردی که نیاز به ذخیره و پردازش حجم بالای داده‌ها دارند، مناسب هستند. همچنین، این سیستم‌ها به خاطر امکانات مانند افزایش قابلیت برقراری ارتباط، عدم وابستگی به ساختار داده‌هایی که در آینده ممکن است اضافه شوند و همچنین پشتیبانی از شبکه‌های اجتماعی و تحلیل داده‌ها، برای کاربردهایی مانند بزرگ‌مقیاس وب، اینترنت اشیا و استخراج اطلاعات از داده‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربردهای NoSQL

کاربردهای این نوع از پایگاه‌داده‌ها شامل موارد زیر است:

کاربرد NoSQL در برنامه‌های ابری

پایگاه‌داده‌های NoSQL به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهند تا با استفاده از تکنولوژی‌های توزیع شده، برنامه‌های ابری را پشتیبانی کنند. در برنامه‌های ابری، استفاده از پایگاه داده‌های NoSQL برای ذخیره و مدیریت داده‌ها، به دلیل ویژگی‌های خاص این نوع پایگاه داده، می‌تواند بسیار مفید واقع شود. در ادامه به برخی از کاربردهای پایگاه داده‌های NoSQL در برنامه‌های ابری اشاره می‌کنیم:

۱- پشتیبانی از مقیاس‌پذیری

پایگاه داده‌های NoSQL برای برنامه‌های ابری بسیار مفید هستند زیرا قابلیت مقیاس‌پذیری بالایی دارند. با توجه به اینکه در برنامه‌های ابری ممکن است تعداد کاربران و حجم داده‌ها به طور ناگهانی افزایش یابد، پایگاه داده‌های NoSQL به کاربران امکان می‌دهند تا با افزایش تعداد سرورها، به راحتی مقیاس‌پذیری را برای سیستم خود فراهم کنند.

۲- پشتیبانی از ساختار داده‌ای خودکار

پایگاه داده‌های NoSQL به دلیل عدم نیاز به تعریف ساختار داده قبلی، برای برنامه‌های ابری بسیار مفید هستند. با توجه به اینکه در برنامه‌های ابری ممکن است ساختار داده‌ها به طور ناگهانی تغییر کند، پایگاه داده‌های NoSQL به کاربران این امکان را می‌دهند که به راحتی ساختار داده را تغییر دهند. و داده‌های جدید را به صورت مستقل و با فرمت دلخواهی ذخیره کنند.

۳- پشتیبانی از چندین مدل داده‌ای

پایگاه داده‌های NoSQL به دلیل پشتیبانی از چندین مدل داده‌ای، برای برنامه‌های ابری بسیار مفید هستند. با توجه به اینکه در برنامه‌های ابری ممکن است نیاز به ذخیره داده‌های متنوعی از جمله داده‌های حجیم، داده‌های تصویری و داده‌های صوتی وجود داشته باشد، پایگاه داده‌های NoSQL به کاربران این امکان را می‌دهند که بهترین مدل برای نیاز خود را انتخاب کنند. و در نتیجه، به راحتی با تغییر نیازهای خود، از پایگاه داده استفاده کنند.

۴- توزیع‌شدگی

پایگاه داده‌های NoSQL به دلیل توزیع‌شدگی، برای برنامه‌های ابری بسیار مفید هستند. با توجه به اینکه در برنامه‌های ابری ممکن است داده‌هایی که باید ذخیره شوند، به صورت پراکنده در سرورهای مختلف قرار داشته باشند، پایگاه داده‌های NoSQL به کاربران این امکان را می‌دهند که به صورت همزمان در سرورهای مختلف داده‌های خود را ذخیره کنند. در نتیجه، سیستم مدیریت به محیط تحت کنترل کاربران تبدیل میشود..

۵- کارایی بالا

پایگاه داده‌های NoSQL به دلیل ساختار داده‌ای خودکار و کار با داده‌های بدون ساختار، برای برنامه‌های ابری بسیار کارآمد هستند. این نوع پایگاه داده به کاربران این امکان را می‌دهد که با توجه به نیاز خود، به راحتی ساختار داده را تغییر دهند. و به این ترتیب، پایگاه داده با محیط تحت کنترل کاربران تطبیق می یابد.

کاربرد NoSQL در برنامه‌های پویا

برنامه‌های پویا در پایگاه داده‌های NoSQL، به برنامه‌هایی گفته می‌شود که به کاربران امکان می‌دهند که بدون نیاز به تعریف ساختار داده‌ای قبلی، به صورت پویا داده‌های خود را ذخیره، به روز رسانی و حذف کنند. یکی از ویژگی‌های اصلی پایگاه داده‌های NoSQL، پشتیبانی از ساختار داده‌ای خودکار است. این ویژگی باعث می‌شود که بتوان به راحتی داده‌ها را به صورت پویا ذخیره کرد.

در پایگاه داده‌های NoSQL، اغلب از ساختار داده‌ای شبیه به اشیاء (Object-like) استفاده می‌شود. این ویژگی به کاربران این امکان را می‌دهد تا به صورت پویا داده‌های خود را ذخیره کرده و به روز رسانی کنند. همچنین، در پایگاه داده‌های NoSQL، اغلب از انواع داده‌های بدون ساختار مانند JSON، BSON و XML برای ذخیره داده‌ها استفاده می‌شود.

علاوه بر این، در پایگاه داده‌های NoSQL، به کاربران امکان داده می‌شود که به صورت پویا فیلدهای جدیدی را به داده‌های خود اضافه کنند. این ویژگی به کاربران این امکان را می‌دهد که بتوانند به راحتی فیلدهای جدیدی به داده‌های خود اضافه کرده و آنها را بروزرسانی کنند.

کاربرد NoSQL در برنامه‌های پرترافیک

برنامه‌های پر ترافیک در پایگاه داده‌های NoSQL باید بتوانند با بار زیادی از درخواست‌ها و پرس‌وجوهای همزمان کار کنند. و به صورت مؤثر و با کمترین تأخیر به درخواست‌ها پاسخ دهند. برای این منظور، باید معماری پایگاه داده‌ها به گونه‌ای باشد که بتواند به صورت افقی (Horizontal Scaling) مقیاس‌پذیری کند و با افزایش تعداد سرورها، قابلیت پاسخگویی و عملکرد پایگاه داده افزایش یابد.

برای پیاده‌سازی برنامه‌های پر ترافیک در پایگاه داده‌های NoSQL، از روش‌هایی مانند شاردینگ داده (Data Sharding) و تکرار پذیری (Replication) استفاده می‌شود.

۱- Data Sharding

در روش شاردینگ داده، داده‌ها بر اساس یک قسمت‌بندی خاص، بر روی چندین سرور قرار می‌گیرند و هر سرور مسئول مدیریت قسمتی از داده‌ها می‌شود. این روش باعث می‌شود که بتوان ترافیک را بین چندین سرور تقسیم کرد. افزایش تعداد سرورها، قابلیت پاسخگویی و عملکرد پایگاه داده را افزایش می‌دهد.

۲- تکرار پذیری

در روش تکرار پذیری، داده‌ها بر روی چندین سرور ذخیره می‌شوند و پرس‌وجوها همزمان به تمامی سرورها ارسال می‌شوند. این روش باعث می‌شود که در صورت خرابی یک سرور، داده‌ها در دسترس سرورهای دیگر باشد و قابلیت پاسخگویی و عملکرد پایگاه داده افزایش می‌یابد.

علاوه بر این، برای پیاده‌سازی برنامه‌های پر ترافیک در پایگاه داده‌های NoSQL، باید از الگوهای طراحی مانند CQRS (Command Query Responsibility Segregation) و Event Sourcing استفاده شود. در الگوی CQRS، عملیات‌های خواندن و نوشتن از یکدیگر جدا می‌شوند و برای هر کدام از این عملیات‌ها، مدل‌های داده‌ای جداگانه ایجاد می‌شود. در الگوی Event Sourcing، تمامی رویدادهایی که در پایگاه داده رخ می‌دهند، به صورت یک رویداد ذخیره می‌شوند. و به جای ذخیره تغییراتی که روی داده‌ها رخ می‌دهد، تغییراتی که در رویدادها رخ می‌دهد ذخیره می‌شوند. با استفاده از الگوی Event Sourcing، می‌توان به راحتی تاریخچه تغییرات داده‌ها را دنبال کرد و در صورت نیاز به حالت قبلی داده‌ها بازگشت. همچنین، با استفاده از الگوی CQRS، می‌توان عملیات خواندن و نوشتن را به صورت جداگانه پیاده‌سازی کرد. و به این صورت میتوان به راحتی برای هر کدام از این عملیات‌ها، مدل داده‌ای جداگانه ایجاد کرد و بهینه‌سازی کرد.

۳- ابزارها

همچنین، برای پیاده‌سازی برنامه‌های پر ترافیک در پایگاه داده‌های NoSQL، باید از ابزارهایی مانند محافظه‌کاری (Caching) و جستجوی توزیع‌شده (Distributed Search) نیز استفاده شود. ابزارهای محافظه‌کاری مانند Redis، به کاربران این امکان را می‌دهند که داده‌های پر تکرار را در حافظه نهان ذخیره کنند و به صورت سریع به آن‌ها دسترسی پیدا کنند. همچنین، ابزارهای جستجوی توزیع‌شده مانند Elasticsearch، به کاربران این امکان را می‌دهند که به صورت سریع و با کمترین تأخیر، به جستجوی داده‌ها در سراسر پایگاه داده بپردازند.

در کل، برای پیاده‌سازی برنامه‌های پر ترافیک در پایگاه داده‌های NoSQL، باید از معماری‌هایی مانند شاردینگ داده، تکرار پذیری، CQRS و Event Sourcing استفاده کرد. همچنین، استفاده از ابزارهایی مانند محافظه‌کاری و جستجوی توزیع‌شده، پاسخ به کاربران به صورت مؤثر و با کمترین تأخیر را ممکن میسازد.

کاربرد NoSQL در برنامه‌های IoT

پایگاه داده‌های NoSQL به دلیل مقیاس‌پذیری بالا و قابلیت پاسخگویی به درخواست‌های پیچیده، به‌طور گسترده در برنامه‌های اینترنت اشیاء (IoT) مورد استفاده قرار می‌گیرند. در برنامه‌های IoT، ممکن است با حجم بالای داده‌ها و تعداد زیاد دستگاه‌ها مواجه شویم که به دلیل طبیعت پویا و پیچیده آن‌ها، نیازمند پایگاه داده‌ای با قابلیت مقیاس‌پذیری بالا و قابلیت پردازش و ذخیره داده‌ها به صورت درست و سریع هستند.

با استفاده از پایگاه داده‌های NoSQL در برنامه‌های IoT، می‌توانیم داده‌های بسیار زیادی را با سرعت بالا ذخیره کرده و به صورت سریع به آن‌ها دسترسی پیدا کنیم. علاوه براین، پایگاه داده‌های NoSQL به‌خوبی با پروتکل‌های ارتباطی IoT مانند MQTT، CoAP و AMQP هماهنگ می‌شوند و می‌توانند به دستگاه‌های IoT برای ذخیره و بازیابی داده‌ها ارتباط بدهند.

از جمله کاربردهای پایگاه داده‌های NoSQL در برنامه‌های IoT، می‌توان به ذخیره داده‌های حسگرها، داده‌های لجستیک، داده‌های تجاری و مالی، داده‌های پزشکی، داده‌های انرژی، داده‌های محیط زیست و داده‌های کشاورزی اشاره کرد. به طور کلی، پایگاه داده‌های NoSQL به دلیل ویژگی‌هایی از جمله مقیاس‌پذیری بالا، پشتیبانی از ساختار داده‌های مختلف، پشتیبانی از داده‌های زمانی و قابلیت انطباق با پروتکل‌های ارتباطی IoT، انتخاب مناسبی برای ذخیره و مدیریت داده‌های بسیار زیاد در برنامه‌های IoT محسوب می‌شوند.

همکاری پایگاه داده‌های NoSQL با پایگاه داده‌های رابطه‌ای در برنامه‌های IoT 

پایگاه داده‌های NoSQL و رابطه‌ای می‌توانند در برنامه‌های IoT با یکدیگر همکاری کنند. در واقع، در برخی موارد ممکن است نیاز باشد که از هر دو نوع پایگاه داده در یک برنامه IoT استفاده شود.

با توجه به ماهیت پویا و پیچیده برنامه‌های IoT، ممکن است نیاز باشد که از پایگاه داده‌های NoSQL برای ذخیره داده‌های غیرساختاری و داده‌های زمانی استفاده کنیم و در عین حال از پایگاه داده‌های رابطه‌ای برای ذخیره داده‌های ساختاری استفاده کنیم.

به‌طور کلی، پایگاه داده‌های رابطه‌ای برای داده‌هایی که ساختار مشخصی دارند و می‌توانند به صورت جدولی ذخیره شوند، مناسب هستند. در حالی که پایگاه داده‌های NoSQL برای داده‌هایی که ساختاری مشخص ندارند و ممکن است شامل داده‌های زمانی و داده‌هایی با فرمت‌های مختلف باشند، مناسب هستند.

به عنوان مثال، ممکن است در یک برنامه IoT، داده‌های حسگرها و دستگاه‌های مختلف با فرمت‌های مختلفی جمع‌آوری شوند. در این حالت، می‌توان از پایگاه داده‌های NoSQL برای ذخیره داده‌های غیرساختاری و داده‌های زمانی استفاده کرد. و در عین حال از پایگاه داده‌های رابطه‌ای برای ذخیره داده‌های ساختاری مانند نام دستگاه و نوع حسگر استفاده کرد. با استفاده از هر دو نوع پایگاه داده، می‌توانیم به بهترین شکل ممکن از داده‌های IoT در برنامه خود استفاده کنیم.