NoSQL là gì? Điểm mạnh vượt trội của NoSQL

Bài viết được sự cho phép của tác giả Kiên Nguyễn

Thời gian gần đây NoSQL nổi lên như là một loại hình cơ sở dữ liệu mới. Hỗ trợ đầy đủ, hiệu năng không thua kém cấu trúc SQL truyền thống. Tuy nhiên, điểm mạnh NoSQL thực sự nằm ở đâu, điều gì làm NoSQL trở thành lựa chọn tuyệt vời trong một số trường hợp?

Bài viết dưới đây cung cấp cho anh em cái nhìn tổng quan NoSQL là gì, trường hợp nào nên sử dụng, khi nào không, tất tần tật sẽ được giải đáp.

NoSQL là gì?

NoSQL (Not only SQL) là một loại cơ sở dữ liệu không quan hệ (non-relational database), được xây dựng dành riêng cho mô hình dữ liệu có sơ đồ linh hoạt để xây dựng các ứng dụng hiện đại (như document-oriented, key-value, column-family, graph,…).

Cơ sở dữ liệu NoSQL được công nhận rộng rãi vì tính dễ phát triển, có khả năng mở rộng theo chiều ngang (horizontal scaling) để xử lý lượng dữ liệu lớn, mở rộng chức năng cũng như hiệu năng ở quy mô lớn.

Cần lưu ý rằng NoSQL tỏ ra vượt trội hơn về khả năng dễ phát triển và tính linh hoạt.

8 tính năng chính của NoSQL

• Sơ đồ động (Dynamic schema): Cơ sở dữ liệu NoSQL không có sơ đồ cố định và có thể điều chỉnh các cấu trúc dữ liệu đang thay đổi mà không cần di chuyển hoặc thay đổi sơ đồ.
• Khả năng mở rộng ngang (Horizontal scalability): Cơ sở dữ liệu NoSQL được thiết kế để mở rộng ra bằng cách thêm nhiều nút vào một cụm cơ sở dữ liệu, làm cho chúng phù hợp để xử lý lượng lớn dữ liệu và mức độ lưu lượng truy cập cao.
• Dựa trên tài liệu (Document-based): Một số cơ sở dữ liệu NoSQL, chẳng hạn như MongoDB, sử dụng một mô hình dữ liệu dựa trên tài liệu, trong đó dữ liệu được lưu trữ ở định dạng bán cấu trúc không có sơ đồ, chẳng hạn như JSON hoặc BSON.
• Dựa trên khóa-giá trị (Key-value-based): Một số cơ sở dữ liệu NoSQL khác, chẳng hạn như Redis, sử dụng một mô hình dữ liệu dựa trên khóa-giá trị, trong đó dữ liệu được lưu trữ dưới dạng một bộ sưu tập các cặp khóa-giá trị.
• Dựa trên cột (Column-based): Một số cơ sở dữ liệu NoSQL, chẳng hạn như Cassandra, sử dụng một mô hình dữ liệu dựa trên cột, trong đó dữ liệu được tổ chức thành các cột thay vì các hàng.
• Phân tán và khả năng sẵn sàng cao (Distributed and high availability): Cơ sở dữ liệu NoSQL thường được thiết kế để có sẵn cao và tự động xử lý lỗi nút và sao chép dữ liệu trên nhiều nút trong một cụm cơ sở dữ liệu.
• Tính linh hoạt (Flexibility): Cơ sở dữ liệu NoSQL cho phép các nhà phát triển lưu trữ và truy xuất dữ liệu một cách linh hoạt và động, với hỗ trợ cho nhiều loại dữ liệu và các cấu trúc dữ liệu đang thay đổi.
• Hiệu suất (Performance): Cơ sở dữ liệu NoSQL được tối ưu hóa cho hiệu suất cao và có thể xử lý một khối lượng lớn các thao tác đọc và ghi, làm cho chúng phù hợp cho dữ liệu lớn và các ứng dụng thời gian thực.

Ưu điểm nổi bật của NoSQL

Các ưu điểm vượt trội của NoSQL so với cơ sở dữ liệu quan hệ (SQL) bao gồm:

Tính co giãn (Scalability)

NoSQL có khả năng mở rộng theo chiều ngang (horizontal scaling) một cách dễ dàng bằng cách thêm máy chủ, cho phép xử lý lượng dữ liệu lớn. Điều này rất hữu ích trong các ứng dụng có lưu lượng dữ liệu lớn và không đồng nhất.

Hiệu suất (Performance)

NoSQL thường có hiệu suất cao hơn so với SQL khi xử lý dữ liệu lớn và phi cấu trúc. Các cơ sở dữ liệu NoSQL thường sử dụng các cấu trúc dữ liệu tối ưu hóa cho các truy vấn cụ thể.

Linh hoạt (Flexibility)

Các mô hình dữ liệu của NoSQL (document-oriented, key-value, etc.) cho phép lưu trữ dữ liệu phi cấu trúc một cách dễ dàng. Không cần phải định nghĩa sơ đồ dữ liệu trước khi lưu trữ dữ liệu, cho phép dễ dàng thay đổi và phát triển.

Khả năng sẵn sàng (Availability)

Nhiều cơ sở dữ liệu NoSQL được thiết kế để có tính sẵn sàng cao, cho phép duy trì hoạt động ngay cả khi có sự cố. Điều này được đạt được thông qua việc phân phối dữ liệu trên nhiều máy chủ.

Tính đa dạng (Diversity)

NoSQL cung cấp nhiều mô hình dữ liệu khác nhau như document-oriented, key-value, column-family, graph, etc. Điều này cho phép chọn mô hình phù hợp nhất với từng ứng dụng cụ thể.

Chi phí thấp (Cost-effectiveness)

Cơ sở dữ liệu NoSQL thường tiết kiệm chi phí hơn so với cơ sở dữ liệu quan hệ truyền thống vì chúng thường ít phức tạp hơn và không yêu cầu phần cứng hoặc phần mềm đắt tiền.

Nhược điểm của NoSQL

• Thiếu chuẩn hóa: Có nhiều loại cơ sở dữ liệu NoSQL khác nhau, mỗi loại đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng. Điều này có thể làm cho việc lựa chọn cơ sở dữ liệu phù hợp cho một ứng dụng cụ thể trở nên khó khăn.
• Các cơ sở dữ liệu NoSQL không đảm bảo hoàn toàn tính ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability). Điều này có thể là hạn chế đối với các ứng dụng yêu cầu đảm bảo tính nhất quán và toàn vẹn của dữ liệu.
• Quản lý dữ liệu lớn trong NoSQL phức tạp hơn so với cơ sở dữ liệu quan hệ.
• Một số NoSQL lưu trữ dữ liệu dưới dạng JSON, khiến kích thước tài liệu trở nên lớn.

>> Đọc thêm: TOP 15 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu nên dùng nhất hiện nay

Một số loại mô hình CSDL NoSQL

Key-Value (K-V) Stores

Key-value là loại cấu trúc thường được sử dụng nhất trong các Hệ CSDL NoSQL.

This model is also the fastest way to get data by known key, but without the flexibility of more advanced querying.

Model này là cách nhanh chóng để lấy dữ liệu bằng cách cung cấp key. Tránh được việc phải viết thêm nhiều query để collect data

Hình dưới đây là Key-value được lưu trữ trong collection ở Firebase. Với một key (được Firebase định danh duy nhất), ta có thể lấy ra tất cả field được store với key này.

Điểm mạnh NoSQL chính là ở chỗ này, một key có thể lấy ra nhiều value, số lượng item trong value cũng flexible, có thể tùy biến được.

It may be used for data sharing between application instances like distributed cache or to store user session data.

Ngoài, sử dụng Key-value còn hữu ích nếu muốn chia sẻ giữa các application trong hệ thống distributed cache hoặc lưu giữa user session data.

Document Stores

Ngoại trừ Key-value sử dụng phổ biến, NoSQL cũng hỗ trợ Document Stores

Document store is a data model for storing semi-structured document object data and metadata. The JSON format is normally used to represent such objects.

Document store là loại lưu trữ bán cấu trúc, gồm các đối tượng dữ liệu và siêu dữ liệu. Thông thường kiểu JSON được sử dụng để lưu trữ kiểu này

Thay vì tạo các column lưu trữ VARCHAR, CHAR rồi store JSON. Một số platform hỗ trợ lưu trữ các object JSON, dễ dàng để store và collect hơn. Đây là điểm mạnh NoSQL có được, vượt lên so với các hệ cơ sở dữ liệu SQL truyền thống.

Column-Oriented Stores

Lưu trữ hướng về cột (Column Oriented Stores) gần giống như relations ship giữa các primary key bên phía SQL.

It is similar to a relational database index, however a column family may be an arbitrary collection of columns.

Gần giống như quan hệ giữa database index, tuy nhiên một họ cột có thể là một tập hợp các cột tùy ý.

Ngoài ra:

This particular approach is used for very large scalable databases to greatly reduce time for searching data. It is rarely used outside of enterprise level applications.

Cách tiếp cận cụ thể này được sử dụng cho các cơ sở dữ liệu có khả năng mở rộng. Giúp giảm đáng kể thời gian tìm kiếm dữ liệu. Loại này thường được sử dụng cho các application ở cấp doanh nghiệp.

Graph stores

Mô hình dữ liệu Graph Database được lưu trữ dưới dạng các nút (nodes), các mối quan hệ (edges) và các thuộc tính (properties). Các nút có thể là bất kỳ đối tượng, địa điểm hoặc cá nhân nào.

Các mối quan hệ (edges) định nghĩa các mối liên kết giữa các nút.

Graph Databases rất thích hợp cho việc lưu trữ và quản lý mạng lưới các mối kết nối giữa các thực thể trong dữ liệu như mạng xã hội, hệ thống khuyến nghị, phát hiện gian lận, quản lý quan hệ khách hàng, v.v.

Ví dụ về Graph Database: Neo4j là một ví dụ về Graph Database, được xây dựng trên nền tảng Java với cộng đồng mã nguồn mở. Neo4j cung cấp cả phiên bản miễn phí (community edition) và các bản có license để sử dụng các tính năng nâng cao như sao lưu và tính sẵn sàng cao.

NoSQL vs SQL

SQL hay NoSQL sẽ phù hợp hơn cho dự án của bạn? Cùng điểm qua một vài so sánh cơ bản về hai loại database này trong bảng dưới đây:

Nên sử dụng NoSQL trong trường hợp nào?

Khi cấu trúc dữ liệu chưa hoàn chỉnh

Thực tế, thời gian cho vòng đời một phần mềm (Software) đang ngày càng rút ngắn. Không thể cứng nhắc là phải có Database Structure rõ ràng mới bắt đầu phát triển phần mềm. Tùy vào đặc thù của từng dự án để linh động trong giải quyết vấn đề.

Hiện tại, nếu table A được định nghĩa 4 column (4 field). Nhưng trong quá trình phát triển, nếu ta cần thêm 2 field nữa, sự khác biệt sẽ nhận thấy rõ ngay giữa SQL và NoSQL

• Nếu sử dụng SQL (Structure), có cấu trúc. Tất nhiên sẽ phải ALTER table đó, hoặc là tầm nhìn xa hơn sẽ dùng column store Json. Thay đổi Json Store. Việc này tuy có thể đáp ứng nhưng khá phức tạp.
• Nếu sử dụng NoSQL, do không quá ràng buộc về mặt cấu trúc, ta vẫn có thể thoải mái store node đó với 4 field, trong khi những node trước đó là 2 field.

NoSQL là lựa chọn lý tưởng cho dữ liệu không được tổ chức thành cấu trúc hoặc có cấu trúc chưa hoàn chỉnh

Rõ ràng, khi ứng dụng chưa thực sự rõ ràng về cấu trúc dữ liệu (có thể do requirement từ khác hàng, các feature hoặc bug chưa tìm thấy). NoSQL là lựa chọn tốt hơn so với SQL truyền thống

Rõ ràng mà nói điểm mạnh NoSQL là tốt cho các ứng dụng có cấu trúc CSDL chưa hoàn chỉnh, đang hoặc sẽ được điều chỉnh trong quá trình sử dụng.

Xử lí Dữ liệu lớn (Big Data)

Với khả năng xử lý lượng dữ liệu khổng lồ, NoSQL là lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống cần phân tích dữ liệu quy mô lớn, như các ứng dụng phân tích dữ liệu, Internet of Things (IoT), và các nền tảng truyền thông xã hội.

Các cơ sở dữ liệu như MongoDB, Cassandra, Couchbase rất phù hợp với các ứng dụng Big Data.

Cần khả năng mở rộng liên tục

Khi dữ liệu thay đổi liên tục và không có cấu trúc rõ ràng, NoSQL có thể phù hợp hơn.

Khi dữ liệu liên tục tăng lên và cần mở rộng cơ sở dữ liệu thường xuyên, NoSQL có thể cung cấp khả năng mở rộng tốt hơn.

Không cần quan hệ giữa dữ liệu

Nếu mối quan hệ giữa các dữ liệu không quan trọng, không yêu cầu các ràng buộc và kết nối phức tạp cấp độ database bạn có thể chọn NoSQL, ngược lại nên chọn RDBMS.

Tóm lại, NoSQL hay SQL đều có những ưu và nhược điểm riêng, với những phân tích trên, hi vọng bạn đã hiểu NoSQL database là gì và khi nào cần sử dụng cơ sở dữ liệu SQL. Theo dõi TopDev để cập nhật thêm nhiều kiến thức công nghệ!

Nguồn tham khảo: kieblog.com

Xem thêm các việc làm Developer hấp dẫn tại TopDev