Quais são as funções e as vantagens do NoSQL?
Os requisitos do desenvolvimento de aplicativos modernos mudaram fundamentalmente nos últimos 15 anos. Volumes de dados cada vez maiores **precisam ser armazenados, processados e atualizados cada vez mais rapidamente. Quando se trata de gerenciar grandes quantidades de dados, os bancos de dados não relacionais, também conhecidos como bancos de dados NoSQL, têm sido uma opção popular há algum tempo. Mas o que é exatamente o NoSQL? E quais são as vantagens dessa abordagem moderna de armazenamento de dados?
O que é NoSQL?
NoSQL significa “not only SQL”, um nome que resume o modelo de banco de dados em poucas palavras. Em vez de ser uma alternativa separada, é um aprimoramento e uma adição útil aos bancos de dados SQL relacionais tradicionais **. Os bancos de dados NoSQL superam os limites dos sistemas relacionais usando modelos de banco de dados alternativos. Mas isso não significa necessariamente que os bancos de dados NoSQL não usem nenhum sistema SQL. Há também muitas variantes híbridas que usam ambas as soluções e ainda assim se enquadram na categoria de NoSQL.
Até o final dos anos 2000, os bancos de dados SQL eram a última palavra em desenvolvimento de aplicativos. Outras abordagens, como bancos de dados orientados a objetos, nunca atingiram esse nível de popularidade devido à complexidade de seu manuseio e implementação. Os bancos de dados NoSQL foram desenvolvidos como uma alternativa viável ao SQL em resposta às limitações e problemas dos bancos de dados relacionais, que muitas vezes não conseguem atender aos requisitos do desenvolvimento de aplicativos modernos. Os bancos de dados NoSQL usam inovações como servidores em nuvem para oferecer um modelo de dados alternativo no qual muitos tipos diferentes de dados podem ser armazenados e processados. As estruturas de dados resultantes são poderosas e flexíveis e podem reagir rapidamente às mudanças de requisitos.
Os bancos de dados NoSQL são frequentemente chamados de armazenamentos de dados estruturados para enfatizar a principal diferença entre os bancos de dados NoSQL e os bancos de dados SQL relacionais. Os bancos de dados NoSQL não usam esquemas tabulares rígidos onde os dados devem ser definidos antes do armazenamento. Elas usam métodos mais flexíveis que facilitam a adição de novos conjuntos de dados, que são continuamente atualizados no aplicativo. As soluções NoSQL também são úteis para processar dados não estruturados ou desconhecidos, o que não é possível com um banco de dados relacional.
Como funcionam os bancos de dados NoSQL?
Diferentemente dos bancos de dados relacionais baseados em SQL, os bancos de dados NoSQL não usam tabelas convencionais com linhas e colunas para armazenar dados. Em vez disso, eles organizam grandes quantidades de dados usando técnicas flexíveis como documentos, gráficos, pares de valores e colunas. Isso torna os bancos de dados NoSQL ideais para aplicativos que precisam processar um grande volume de dados e, portanto, exigem estruturas flexíveis. Os bancos de dados NoSQL usam clusters de hardware e servidores em nuvem, de modo que a capacidade é distribuída uniformemente, e o banco de dados funciona sem problemas mesmo quando o volume de dados é alto. Em contraste com os bancos de dados relacionais, que perdem desempenho rapidamente à medida que a quantidade de dados aumenta, os bancos de dados NoSQL são uma solução poderosa, flexível e dimensionável, mesmo com grandes volumes de dados.
O dimensionamento horizontal é outro recurso especial dos bancos de dados NoSQL. Os bancos de dados SQL relacionais são dimensionados verticalmente e executados em um único servidor. Para aumentar sua capacidade, você teria que investir em um servidor mais potente. Isso é caro a longo prazo e limita as possibilidades de desenvolvimento de aplicativos. As soluções NoSQL geralmente distribuem dados em vários servidores. Se a quantidade de dados aumentar, novos servidores são simplesmente adicionados. Isso permite que os bancos de dados NoSQL armazenem e processem facilmente grandes quantidades de dados, tornando-os ideais para aplicativos de big data.
Quais são os quatro tipos mais importantes de bancos de dados NoSQL?
Ao contrário dos bancos de dados relacionais, os armazenamentos de dados estruturados não usam esquemas fixos e, portanto, são perfeitos para aplicativos de Big Data. Muitos bancos de dados NoSQL diferentes já estão em uso em todo o mundo, a maioria deles de código aberto e estruturados de forma diferente dependendo do provedor e dos requisitos. Embora os sistemas variem muito, as diferentes abordagens do NoSQL se dividem em quatro categorias principais.
Bancos de dados orientados a documentos
Em bancos de dados NoSQL orientados a documentos, os dados são armazenados diretamente em documentos de tamanho variável. Os dados não precisam ser estruturados. Os dados são atribuídos a vários atributos ou tags que podem ser usados para pesquisar o conteúdo do documento. Os bancos de dados NoSQL orientados a documentos são especialmente úteis para sistemas de gerenciamento de conteúdo e blogs. O formato de dados mais comumente usado é JSON (JavaScript Object Notation), que permite a troca rápida de dados entre aplicativos.
Bancos de dados gráficos
Um banco de dados gráfico emprega nós e bordas para representar relacionamentos entre dados. A rede de relacionamentos entre os dados é organizada usando nós e suas conexões entre si. Para conjuntos de dados com informações altamente interconectadas, os bancos de dados de gráficos NoSQL oferecem desempenho muito melhor do que os bancos de dados SQL relacionais. Eles são usados principalmente em aplicativos de mídia social, por exemplo, para representar as relações entre seguidores no Twitter ou no Instagram.
Bancos de dados de valores-chave
Enquanto os bancos de dados SQL usam esquemas e tabelas rígidos, bancos de dados de valores-chave armazenam dados na forma de pares de valores-chave. Os valores individuais são associados a chaves específicas, com o próprio conjunto de dados atuando como uma chave e representando um valor. A chave também forma um índice que pode ser usado para pesquisar o banco de dados. As chaves dos bancos de dados de valor-chave NoSQL são sempre exclusivas e são semelhantes às chaves primárias dos bancos de dados relacionais.
Bancos de dados orientados por colunas
Diferentemente dos modelos de banco de dados relacionais, column-oriented databases armazena dados em colunas em vez de linhas. Isso resulta em processos de leitura de dados mais rápidos e maior desempenho. Esse modelo NoSQL é usado principalmente para aplicativos de mineração e análise de dados.
Quais são as vantagens do NoSQL em relação ao SQL?
Dependendo do aplicativo, o NoSQL pode oferecer certas vantagens em relação aos bancos de dados relacionais tradicionais. Enquanto os sistemas SQL podem ser rapidamente ampliados até a capacidade (, por exemplo, ao lidar com big data), os bancos de dados NoSQL apresentam modelos dimensionáveis e de alto desempenho que podem ler e processar grandes quantidades de dados em velocidade máxima.
Os bancos de dados NoSQL evitam os esquemas rígidos dos sistemas SQL e usam modelos mais flexíveis que são ideais para o processamento de grandes volumes de dados. Como os bancos de dados NoSQL armazenam dados em clusters de hardware distribuídos, eles são menos propensos a interrupções. Eles também são muito mais baratos do que instalar um único servidor de alto desempenho cujos recursos se esgotam regularmente e precisam ser substituídos.
| Banco de dados SQL | Banco de dados NoSQL | |
|---|---|---|
| Tipo | Um banco de dados para tudo | Vários modelos de banco de dados, como orientado a documentos, gráfico, valor-chave e banco de dados orientado a colunas |
| Armazenamento de dados | Dados individuais (por exemplo, “Título do livro”) são armazenados em linhas em uma tabela e atribuídos a atributos específicos (por exemplo, “Autor”, “Ano de publicação” e assim por diante). Os conjuntos de dados são armazenados em tabelas separadas e mesclados pelo sistema durante pesquisas complexas. | Em vez de tabelas, os bancos de dados NoSQL usam documentos, valores-chave, gráficos ou colunas. |
| Esquemas | O tipo e a estrutura dos dados são definidos antecipadamente. Para armazenar novas informações, o banco de dados inteiro deve ser personalizado (e colocado off-line). | Flexível. Novos conjuntos de dados podem ser adicionados imediatamente. Dados estruturados, semiestruturados e não estruturados podem ser armazenados juntos; não é necessária nenhuma conversão prévia. |
| Escalonamento | Escalonamento vertical: Um único servidor deve suportar todo o sistema de banco de dados, causando uma queda no desempenho quando os volumes de dados são altos. | Dimensionamento horizontal: Cada administrador pode adicionar novos servidores de commodities e de nuvem, e o banco de dados NoSQL envia automaticamente os dados para todos os servidores. |
| Modelo de desenvolvimento | Software de código aberto (como o MySQL) e software pago (Banco de dados Oracle) | Software de código aberto e software pago |
| Propriedades do ACID: Atomicidade, Consistência, Isolamento, Durabilidade | Os bancos de dados SQL têm todas as propriedades ACID. | As transações ACID geralmente não são suportadas para manter os bancos de dados NoSQL flexíveis e horizontalmente dimensionáveis. Em vez disso, o modelo BASE é usado (Basically Available, Soft State, Eventually Consistent). Esse modelo prioriza a disponibilidade em relação à consistência. |
| Desempenho | Utiliza índices para grandes quantidades de dados. As consultas, os índices e a estrutura devem ser otimizados para melhorar o desempenho dos sistemas SQL. | Os bancos de dados NoSQL são muito mais poderosos porque usam servidores em nuvem e clusters de hardware. |
| APIs | As consultas para armazenamento e recuperação de dados são enviadas usando Structured Query Language (SQL) | Os dados são armazenados e consultados por meio de APIs baseadas em objetos. |
Cinco soluções NoSQL populares em um relance
A maioria dos bancos de dados NoSQL usa software de código aberto que qualquer usuário da Internet pode baixar. Isso torna muito mais fácil começar a usá-los. Você pode baixar uma série de aplicativos NoSQL gratuitos, aprender como eles funcionam e, inicialmente, usá-los para aumentar o seu banco de dados SQL existente. Os seguintes bancos de dados NoSQL estão bem estabelecidos:
Cassandra
Cassandra é um banco de dados NoSQL orientado a colunas, otimizado para armazenar e processar grandes conjuntos de dados.
CouchDB
O banco de dados orientado a documentos CouchDB usa uma API HTTP/JSON intuitiva e pode ser implementado para qualquer área de aplicativo, desde big data até dispositivos móveis e Web.
Neo4j
Neo4j permite integrar dados em um banco de dados gráfico NoSQL baseado em nuvem. Mais importante ainda, ele pode representar graficamente as relações entre conjuntos de dados individuais e reconhecer padrões.
Redis
O banco de dados de valor-chave Redis é um banco de dados na memória. Ele armazena dados diretamente no cache para aumentar o desempenho.
MongoDB
O MongoDB é um dos bancos de dados NoSQL mais populares há anos. O banco de dados, escrito na linguagem de programação C++, funciona de maneira orientada a documentos e armazena informações no formato BSON (Binary JSON).
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