انواع پایگاه داده NoSQL: معرفی و مقایسه بین سیستم‌های مختلف

در سال 1403، با رشد بی‌سابقه حجم داده‌ها و نیاز به تحلیل سریع و دقیق آن‌ها، پایگاه داده‌های NoSQL به یکی از اساسی‌ترین ابزارهای فناوری اطلاعات تبدیل شده‌اند. در این مطلب، به بررسی دقیق انواع پایگاه داده nosql می‌پردازیم.

دوره‌های آموزشی آکادمی چابک

با تخفیف‌های ویژه آکادمی چابک، یادگیری را شروع کنید!

مشاهده دوره‌ها

پایگاه داده NoSQL چیست؟

پایگاه داده NoSQL یا “Not Only SQL” به گروهی از سیستم‌های مدیریت پایگاه داده اشاره دارد که به‌منظور ذخیره‌سازی، بازیابی و مدیریت داده‌هایی که ساختار متفاوتی از مدل‌های سنتی رابطه‌ای دارند، طراحی شده‌اند. “NoSQL” در واقع مخفف “Not Only SQL” است و بر این نکته تأکید دارد که این پایگاه داده‌ها فقط محدود به زبان SQL نیستند و می‌توانند از مدل‌های مختلف داده برای پاسخگویی به نیازهای متنوع استفاده کنند.

پایگاه داده NoSQL نوعی از پایگاه داده است که برای ذخیره‌سازی و بازیابی داده‌های بزرگ، متنوع و اغلب بدون ساختار طراحی شده است. برخلاف پایگاه‌های داده سنتی رابطه‌ای که بر پایه جداول و روابط بین آن‌ها کار می‌کنند، NoSQL انعطاف‌پذیری بالاتری دارد و ساختار سفت و سختی برای داده‌ها تعریف نمی‌کند.

این پایگاه‌های داده اغلب برای اپلیکیشن‌های وب، موبایل، شبکه‌های اجتماعی، سامانه‌های توصیه‌گر و تحلیل داده‌های حجیم به کار می‌روند؛ جایی که سرعت، مقیاس‌پذیری و دسترسی بالا اهمیت دارد.

ویژگی های اصلی پایگاه داده NoSQL

• بدون اسکیمای ثابت: داده‌ها می‌توانند ساختارهای متفاوتی داشته باشند.
• مقیاس‌پذیری افقی: به راحتی می‌توان آن را روی چند سرور توزیع کرد.
• کارایی بالا در حجم زیاد داده: مخصوصاً برای عملیات خواندن و نوشتن سریع.
• پشتیبانی از داده‌های پیچیده و بدون ساختار: مانند JSON، XML، یا فایل‌های گراف.

NoSQL فقط جایگزین پایگاه داده‌های سنتی نیست، بلکه تکمیل‌کننده‌ی آن‌هاست. بسته به نیاز پروژه، ممکن است ترکیبی از SQL و NoSQL بهترین انتخاب باشد.

چرا پایگاه داده‌های NoSQL امروزه مورد استفاده قرار می‎‌گیرند؟

در دنیای امروز که حجم داده‌ها به‌سرعت در حال افزایش است و نیاز به پردازش و تحلیل داده‌های بزرگ و پیچیده بیشتر شده است، پایگاه داده‌های NoSQL به‌دلیل ویژگی‌های خاص خود مورد توجه قرار گرفته‌اند. این پایگاه داده‌ها قادر به مدیریت حجم بزرگی از داده‌ها هستند و امکان مقیاس‌پذیری بالاتری را نسبت به پایگاه داده‌های سنتی SQL ارائه می‌دهند. در ادامه می‌خواهیم با مزایا و سپس معایب این پایگاه‌های داده آشنا شویم.

مزایای NoSQL

انواع پایگاه داده nosql مزایای متعددی دارند که در بخش‌های بعدی به‌صورت جزئی به آن‌ها پرداخته‌ایم. اما به طور کلی یکی از مزایای پایگاه داده‌های NoSQL توانایی افزایش ظرفیت با افزودن سرورهای بیشتر به‌جای ارتقاء سرورهای موجود است. این ویژگی به‌ویژه برای برنامه‌های وب و موبایل که تعداد کاربران زیادی دارند و حجم داده‌ها به‌سرعت افزایش می‌یابد، بسیار مهم است. برخی دیگر از ویژگی‌های کلی انواع پایگاه داده nosql به‌شرح زیر هستند.

• سرعت بالا در پردازش داده‌ها

NoSQL می‌تواند بااستفاده از ساختارهای داده‌ای بهینه‌تر و دسترسی مستقیم به داده‌ها، سرعت بالاتری در خواندن و نوشتن داده‌ها نسبت به پایگاه داده‌های رابطه‌ای ارائه دهد. این ویژگی برای برنامه‌هایی که نیاز به پردازش سریع داده‌ها دارند، مناسب است.

• انعطاف‌پذیری در مدل داده‌ها

NoSQL امکان ذخیره‌سازی داده‌ها با ساختارهای مختلف را فراهم می‌کند، بدون نیاز به تعریف اسکیماهای سخت و مشخص. این انعطاف‌پذیری به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا به‌راحتی تغییرات در ساختار داده‌ها را پیاده‌سازی کنند.

• مناسب برای انواع مختلف داده‌ها و کاربردها

باتوجه به وجود انواع مختلف پایگاه داده‌های NoSQL، از جمله مستند، گراف، کلید-مقدار و ستون-خانواده، می‌توان برای هر نوع کاربرد و داده‌ای یک راه‌حل بهینه پیدا کرد.

معایب NoSQL

انواع پایگاه داده NoSQL علاوه‌براین که یک‌سری مزایا دارند، معایبی نیز به‌همراه دارند. برای مثال:

یکی از چالش‌های اصلی NoSQL پیچیدگی در پیاده‌سازی و نگهداری سیستم‌ها است. نیاز به آشنایی با مدل‌های داده‌ای جدید و ابزارهای مدیریتی مخصوص NoSQL می‌تواند برای تیم‌های توسعه‌دهنده چالش‌برانگیز باشد. برخی دیگر از معایب این پایگاه‌های داده به‌مانند زیر هستند.

• عدم پشتیبانی از ویژگی‌های ACID در برخی از سیستم‌ها

بسیاری از پایگاه داده‌های NoSQL از ویژگی‌های کامل ACID که تضمین‌کننده یکپارچگی و صحت داده‌ها در تراکنش‌ها هستند، پشتیبانی نمی‌کنند. این مسئله می‌تواند برای برنامه‌هایی که به تراکنش‌های پیچیده و دقیق نیاز دارند، مشکل‌ساز شود.

• محدودیت‌های مربوط به جستجو و کوئری‌های پیچیده

برخی از پایگاه داده‌های NoSQL در پشتیبانی از جستجوها و کوئری‌های پیچیده محدودیت‌هایی دارند. این می‌تواند برای برنامه‌هایی که نیاز به تحلیل داده‌های پیچیده و کوئری‌های متنوع دارند، نقطه ضعف باشد.

انواع پایگاه داده NoSQL (انواع نرم افزارهای NoSQL)

پایگاه داده‌های NoSQL به چهار دسته اصلی تقسیم می‌شوند: پایگاه داده‌های مستند، کلیدی-مقداری، ستونی، و گراف. هرکدام از این دسته‌ها را می‌خواهیم در این قسمت از مطلب بررسی کنیم.

1.پایگاه داده‌های مستند یا سندگرا (Document Stores)

پایگاه داده‌های مستند داده‌ها را به‌صورت مستند (Document) ذخیره می‌کنند. هر مستند یک ساختار داده‌ای است که اغلب از فرمت‌های JSON ،BSON یا XML استفاده می‌کند.

مستندات شامل جفت‌های کلید-مقدار هستند که می‌توانند شامل آرایه‌ها، نقشه‌ها و حتی مستندات دیگر باشند.

این ساختار به کاربران اجازه می‌دهد تا داده‌های نیمه‌ساختاریافته و پیچیده را به‌راحتی مدل‌سازی کنند.

نمونه‌ها: MongoDB و CouchDB از معروف‌ترین نمونه‌های پایگاه داده‌های مستند هستند.

مزایا:

• سرعت بالا در ذخیره و بازیابی داده‌ها
• انعطاف‌پذیری بالا در مدل‌سازی داده‌های نیمه‌ساختاریافته
• مقیاس‌پذیری افقی آسان

معایب:

• عدم پشتیبانی از تراکنش‌های پیچیده مانند پایگاه داده‌های رابطه‌ای
• مشکلات احتمالی در تطابق با داده‌های کاملاً ساختاریافته

2.پایگاه داده‌های کلیدی-مقداری (Key-Value Stores)

پایگاه داده‌های کلیدی-مقداری داده‌ها را به‌صورت جفت‌های کلید-مقدار ذخیره می‌کنند. این نوع پایگاه داده‌ها دارای ساختار ساده‌ای هستند که کلید‌ها را به مقادیر مربوطه متصل می‌کنند. کلید‌ها می‌توانند هر نوع داده‌ای باشند و مقادیر نیز می‌توانند داده‌های باینری، رشته‌ای یا هر نوع داده دیگری باشند.

نمونه‌ها: Redis و DynamoDB از مشهورترین پایگاه داده‌های کلیدی-مقداری هستند.

مزایا:

• عملکرد سریع در ذخیره و بازیابی داده‌ها
• مناسب برای ذخیره داده‌های غیرساختاریافته
• پشتیبانی از عملیات‌های پیچیده در حافظه باسرعت بالا (مثل عملیات‌های مجموعه‌ای در Redis)

معایب:

• محدودیت در قابلیت جستجو و پرس‌وجو (Query) نسبت به پایگاه داده‌های مستند و رابطه‌ای
• عدم پشتیبانی مناسب از تراکنش‌های پیچیده

3.پایگاه داده‌های ستونی (Column Stores)

پایگاه داده‌های ستونی، همانطور که از نام‌شان مشخص است، داده‌ها را به‌صورت ستون‌ها ذخیره می‌کنند. هر ستون شامل مقادیر یک فیلد خاص از تمامی رکورد‌ها است و ستون‌ها می‌توانند به‌صورت جداگانه فشرده و ذخیره شوند. این ساختار بهینه‌سازی شده برای عملیات خواندن و نوشتن مقادیر بزرگ داده‌ها و تحلیل‌های پیچیده است.

نمونه‌ها: Cassandra و HBase دو نمونه معروف از پایگاه داده‌های ستونی هستند.

مزایا:

• مناسب برای تحلیل داده‌های بزرگ و پیچیده
• کارایی بالا در خواندن و نوشتن مقادیر زیاد داده‌ها
• مقیاس‌پذیری افقی و تحمل‌پذیری خطا

معایب:

• پیچیدگی مدیریت داده‌ها
• نیاز به تنظیمات دقیق برای بهینه‌سازی عملکرد

4.پایگاه داده‌های گراف (Graph Databases)

پایگاه داده‌های گراف به‌طور خاص برای ذخیره‌سازی و تحلیل داده‌های گرافی طراحی شده‌اند. در این نوع پایگاه داده‌ها، داده‌ها به‌صورت گره‌ها (Nodes) و یال‌ها (Edges) ذخیره می‌شوند که هر گره می‌تواند ویژگی‌های مختلفی داشته باشد و یال‌ها ارتباطات بین گره‌ها را مشخص می‌کنند.

نمونه‌ها: Neo4j و ArangoDB از شناخته‌شده‌ترین پایگاه داده‌های گراف هستند.

مزایا:

• مناسب برای تحلیل ارتباطات پیچیده و شبکه‌های اجتماعی
• کارایی بالا در جستجوی ارتباطات و مسیرها

معایب:

• کارایی پایین‌تر برای داده‌های ساختاریافته ساده
• پیچیدگی در مدیریت و نگهداری داده‌های بزرگ

5.ذخیره‌سازهای ستونی-عریض (Wide-Column Stores)

ذخیره‌سازهای ستونی-عریض، مشابه پایگاه داده‌های ستونی، داده‌ها را به‌صورت ستون‌ها ذخیره می‌کنند، اما به‌جای ذخیره‌سازی داده‌ها در قالب جداول استاندارد، هر سطر می‌تواند تعداد متفاوتی از ستون‌ها داشته باشد. این ساختار به‌گونه‌ای طراحی شده است که مقیاس‌پذیری افقی بالایی داشته باشد و به‌راحتی بتواند حجم بالایی از داده‌ها را مدیریت کند.

نمونه‌ها:

• Cassandra
• HBase

مزایا:

• مقیاس‌پذیری افقی بالا
• کاربردی برای تحلیل داده‌های بزرگ
• کارایی بالا در خواندن و نوشتن مقادیر زیاد داده‌ها

معایب:

• پیچیدگی در طراحی و مدیریت داده‌ها
• نیاز به تنظیمات دقیق برای بهینه‌سازی عملکرد

6.پایگاه داده‌های چندمدلی (Multi-Model Databases)

پایگاه داده‌های چندمدلی به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند بیش از یک مدل داده‌ای را در خود جای دهند. این نوع پایگاه داده‌ها انعطاف‌پذیری بالایی را برای کاربران فراهم می‌کنند، چرا که می‌توانند داده‌ها را به‌صورت مستند، گراف، کلید-مقدار و حتی جداول رابطه‌ای ذخیره کنند. این قابلیت به کاربران اجازه می‌دهد تا از بهترین مدل داده‌ای برای نیازهای خاص خود استفاده کنند.

نمونه‌ها:

• ArangoDB
• OrientDB

مزایا:

• انعطاف‌پذیری بالا در ذخیره‌سازی داده‌ها
• امکان استفاده از مدل‌های مختلف داده‌ای در یک پایگاه داده
• کاهش نیاز به استفاده از چندین پایگاه داده مختلف برای کاربردهای متفاوت

معایب:

• پیچیدگی در مدیریت و نگهداری داده‌ها
• نیاز به درک و تسلط‌بر مدل‌های داده‌ای مختلف

سخن پایانی

در پایان، می‌توان گفت که انتخاب نوع مناسب پایگاه داده NoSQL بستگی به نیازهای خاص هر پروژه و سازمان دارد. باوجود انواع مختلفی از پایگاه داده‌های NoSQL مانند ذخیره‌سازهای ستونی-عریض، پایگاه داده‌های چندمدلی، پایگاه داده‌های مستند، کلیدی-مقداری و گراف، هر یک از این سیستم‌ها برای پاسخگویی به نیازهای خاص طراحی شده‌اند.

با طی کردن دوره‌های آکادمی چابک، می‌توانید با به‌روزترین اطلاعات به سراغ موقعیت‌های شغلی بازار کار بروید و در بهترین شرکت‌ها استخدام شوید. برای شروع این دوره‌ها، هم‌اکنون با کارشناسان ما تماس بگیرید.

منابع​

mongodb.com

aws.amazon.com