Cơ sở dữ liệu NoSQL khác cơ sở dữ liệu quan hệ thế nào?

Điểm khác biệt quan trọng không nằm ở việc NoSQL đơn giản hơn hay cơ sở dữ liệu quan hệ tốt hơn. Hai mô hình được thiết kế để giải quyết những yêu cầu khác nhau về cấu trúc dữ liệu, quan hệ, khả năng mở rộng và cách truy cập dữ liệu

Cơ sở dữ liệu quan hệ và NoSQL tổ chức dữ liệu khác nhau ra sao?

Cơ sở dữ liệu quan hệ biểu diễn dữ liệu bằng các bảng. Mỗi bảng có các cột xác định thuộc tính và các hàng đại diện cho bản ghi. Quan hệ giữa các bảng được mô hình hóa thông qua khóa chính, khóa ngoại và các phép JOIN

NoSQL không có một mô hình lưu trữ duy nhất. Một hệ thống NoSQL có thể tổ chức dữ liệu dưới dạng:

·         Document: Lưu dữ liệu dưới dạng tài liệu, thường phù hợp với dữ liệu có cấu trúc linh hoạt

·         Key-value: Lưu một giá trị gắn với một khóa, phù hợp với các thao tác truy xuất theo khóa

·         Column-family: Tổ chức dữ liệu theo nhóm cột, thường được thiết kế cho các hệ thống phân tán và tập dữ liệu lớn

·         Graph: Biểu diễn thực thể và mối quan hệ giữa chúng dưới dạng các nút và cạnh

Vì vậy, “NoSQL” không đồng nghĩa với một cấu trúc dữ liệu cụ thể. Điểm chung là các hệ thống này không lấy mô hình quan hệ dạng bảng làm nguyên tắc tổ chức dữ liệu trung tâm

Schema là điểm khác biệt cốt lõi giữa NoSQL và cơ sở dữ liệu quan hệ

Trong cơ sở dữ liệu quan hệ, schema thường được xác định trước. Bảng có các cột và kiểu dữ liệu rõ ràng, vì vậy dữ liệu đưa vào phải tuân theo cấu trúc đã thiết kế

NoSQL thường cho phép schema linh hoạt hơn, đặc biệt với mô hình document. Các bản ghi trong cùng một tập dữ liệu có thể không cần có chính xác cùng tập thuộc tính

Sự khác biệt này tạo ra một đánh đổi:

·         Cơ sở dữ liệu quan hệ: Cấu trúc chặt chẽ giúp duy trì tính nhất quán của dữ liệu và làm rõ quan hệ giữa các bảng

·         NoSQL: Schema linh hoạt giúp thay đổi cấu trúc dữ liệu dễ hơn khi yêu cầu ứng dụng biến động

Schema linh hoạt không có nghĩa là NoSQL không có cấu trúc. Ứng dụng vẫn phải xác định dữ liệu cần lưu, quy tắc truy cập và cách duy trì tính nhất quán phù hợp với bài toán

NoSQL và cơ sở dữ liệu quan hệ xử lý quan hệ dữ liệu thế nào?

Cơ sở dữ liệu quan hệ được xây dựng xoay quanh quan hệ giữa các bảng. Khi dữ liệu được chuẩn hóa thành nhiều bảng, ứng dụng có thể kết hợp chúng bằng JOIN để tạo ra tập kết quả cần thiết

NoSQL thường ưu tiên cách tổ chức dữ liệu phù hợp với mẫu truy cập của ứng dụng. Thay vì luôn tách dữ liệu thành nhiều bảng rồi kết hợp khi truy vấn, dữ liệu có thể được lưu gần nhau hoặc lồng trong cùng một document nếu cách này phù hợp với nhu cầu đọc

Điều đó dẫn đến một khác biệt về tư duy thiết kế:

·         Mô hình quan hệ thường bắt đầu từ cấu trúc dữ liệu, quan hệ và quy tắc toàn vẹn

·         Mô hình NoSQL thường chú trọng hơn đến cách ứng dụng sẽ truy cập và sử dụng dữ liệu

Do đó, NoSQL không đơn giản là “cơ sở dữ liệu quan hệ nhưng không có JOIN”. Mỗi loại NoSQL có cách biểu diễn quan hệ và mô hình truy cập riêng

Khả năng mở rộng là khác biệt quan trọng giữa hai mô hình

Khi hệ thống tăng dữ liệu hoặc lưu lượng truy cập, cơ sở dữ liệu phải có khả năng mở rộng

Cơ sở dữ liệu quan hệ truyền thống thường được triển khai theo hướng mở rộng dọc, tức tăng tài nguyên cho máy chủ. Cơ sở dữ liệu quan hệ hiện đại cũng có thể sử dụng nhiều kỹ thuật phân vùng, sao chép và mở rộng ngang, nhưng việc này phụ thuộc vào hệ quản trị và kiến trúc cụ thể

Nhiều hệ thống NoSQL được thiết kế ngay từ đầu để hoạt động trong môi trường phân tán và mở rộng ngang bằng cách phân phối dữ liệu trên nhiều máy chủ

Tuy nhiên, không nên hiểu rằng NoSQL luôn mở rộng tốt hơn trong mọi trường hợp. Khả năng mở rộng phụ thuộc vào:

·         Mô hình dữ liệu

·         Kiểu truy vấn

·         Cách phân phối dữ liệu

·         Cơ chế nhất quán

·         Kiến trúc triển khai

·         Giới hạn của hệ quản trị cụ thể

Vì vậy, lựa chọn mô hình phải dựa trên workload thực tế thay vì chỉ dựa vào nhãn SQL hay NoSQL

Khi nào nên ưu tiên NoSQL và khi nào nên dùng cơ sở dữ liệu quan hệ?

Cơ sở dữ liệu quan hệ phù hợp khi dữ liệu có cấu trúc rõ ràng, quan hệ giữa các thực thể quan trọng và ứng dụng cần các giao dịch với yêu cầu toàn vẹn dữ liệu chặt chẽ

NoSQL thường phù hợp hơn khi ứng dụng có dữ liệu thay đổi linh hoạt, khối lượng dữ liệu lớn, yêu cầu mở rộng ngang hoặc có các mẫu truy cập phù hợp với một mô hình NoSQL cụ thể

Có thể xem xét theo các tiêu chí:

Không có mô hình nào mặc định tốt hơn mô hình còn lại. Một ứng dụng có thể sử dụng cơ sở dữ liệu quan hệ cho dữ liệu giao dịch và đồng thời sử dụng NoSQL cho một workload khác nếu kiến trúc yêu cầu

Khác biệt về mô hình lưu trữ quyết định cách thiết kế ứng dụng

Khác biệt giữa NoSQL và cơ sở dữ liệu quan hệ không chỉ nằm ở cú pháp truy vấn. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến cách mô hình hóa dữ liệu và thiết kế ứng dụng

Với cơ sở dữ liệu quan hệ, nhà phát triển thường thiết kế bảng, khóa, quan hệ và quy tắc toàn vẹn trước khi xây dựng các truy vấn kết hợp dữ liệu

Với NoSQL, thiết kế thường bắt đầu từ loại dữ liệu, mô hình lưu trữ được chọn và các mẫu truy cập quan trọng. Một cấu trúc dữ liệu có thể được tổ chức để giảm số lần truy xuất hoặc tránh những phép kết hợp không phù hợp với kiến trúc phân tán

Vì vậy, cách phân biệt thực tế nhất là nhìn vào mô hình lưu trữ và cách hệ thống sử dụng dữ liệu:

·         Nếu dữ liệu có quan hệ chặt chẽ và cần các giao dịch cùng tính toàn vẹn quan hệ, mô hình quan hệ thường là lựa chọn tự nhiên

·         Nếu dữ liệu có cấu trúc linh hoạt và workload cần mô hình lưu trữ chuyên biệt hoặc mở rộng phân tán, NoSQL có thể phù hợp hơn

·         Nếu yêu cầu nằm giữa hai trường hợp, quyết định nên dựa trên workload, mẫu truy cập, yêu cầu nhất quán và kiến trúc triển khai cụ thể

Điểm cốt lõi là NoSQL không phải phiên bản thay thế hoàn toàn cho cơ sở dữ liệu quan hệ. Đây là một nhóm mô hình lưu trữ được phát triển để đáp ứng những đặc điểm workload mà mô hình quan hệ không phải lúc nào cũng là lựa chọn tối ưu