بررسی تفاوت‌های SQL و NoSQL

بیشتر ما در حال حاضر با بانک‌های اطلاعاتی SQL آشنایی داریم، حال تفاوتی در نام آن‌ها نیست، خواه MySql باشد یا اوراکل و یا هر مورد دیگری. در کنار SQL، در سال‌های اخیر بانک‌های اطلاعاتی NoSql توانستند جایگاه خود را در میان توسعه‌دهندگان محکم کنند و مشکلات زیادی را حل نمایند. 

تفاوت‌های اصلی این دو مورد در چگونگی ساخت آن‌ها، نوع اطلاعاتی که ذخیره می‌کنند و چگونگی ذخیره کردن آن‌هاست. بانک‌های اطلاعاتی SQL، رابطه‌ای و ساختارمند هستند، درست مانند دفترچه تلفن همراه، اما بانک‌های اطلاعاتی که رابطه‌ای نیستند و NoSqlاند، مبتنی بر سند رفتار می‌کنند و توزیع شده هستند. درست مانند پوشه‌ها که در هرکدام اطلاعات کلی یک شخص قرار می‌گیرد. 

در این مقاله قصد داریم به صورت کامل در رابطه با اینکه هرکدام این بانک‌های اطلاعاتی به چه صورتی هستند صحبت کنیم و بعد از آن تفاوت‌های کلیدی‌شان را بررسی خواهیم کرد.

SQL: بانک اطلاعاتی رابطه‌ای

اولین موضوعی که تفاوت کلیدی دو حالت را بیان می‌کند، شیوه‌ای است که این بانک‌های اطلاعات، داده‌ها را ساختاردهی و ساختمان بندی می‌کنند. بانک‌های اطلاعاتی SQL بسیار در این رابطه سختگیرانه عمل می‌کنند و همه چیز را بسیار مرتب قرار می‌دهند، درست مانند دفترچه‌های تلفن. این مدل در سال ۱۹۷۰ توسط IBM طراحی شد. بانک‌های اطلاعاتی رابطه‌ای می‌توانند شامل چندین جدول مختلف باشند، موجودیت‌ها در ردیف‌ها قرار می‌گیرد و برای نمایش داده‌های مربوط به هر آیتم ما از ستون‌ها استفاده می‌کنیم، مانند ستون نام، ستون شماره تلفن و… . در علم بانک‌های اطلاعاتی به رابطه میان جدول و نوع فیلدها عمدتا schema گفته می‌شود. در یک بانک اطلاعاتی رابطه‌ای قبل از اینکه هرگونه داده‌ای وارد شود، ابتدا باید به صورت کامل و درست schema را تعریف کنیم. 

برای اینکه یک بانک اطلاعاتی رابطه‌ای به درستی کار کند، داده‌هایی که شما وارد می‌کنید، لازم است که به صورت بسیار صحیح و ساختارمندی قرار بگیرند. وقتی یک شمای کلی یا schema درست را طراحی کنید، در بانک اطلاعاتی‌تان کمترین میزان افزونگی و یا ناهمخوانی داده‌ها را خواهید داشت. این موضوع برای تجارت‌هایی با میزان ریسک‌پذیری بالا، بسیار حیاتی و لازم است. وقتی شمای کلی را به صورتی ضعیف طراحی کنید، بعدها به صورت کامل دچار سرگیجه و سردرد خواهید شد. وقتی شما در این مدل بخواهید که یک آیتم جدید را به شمای بانک اطلاعاتی‌تان وارد نمایید نیاز دارید که تمام بانک اطلاعاتی را ویرایش کنید و همه موارد را با همدیگر همگام سازی کنید.

SQL: زبان ساختارمند پرسش‌ها

SQL زبان برنامه‌نویسی است که معماران بانک‌های اطلاعاتی برای ساخت بانک‌های اطلاعاتی رابطه‌ای از آن استفاده می‌کنند. در یک بانک اطلاعاتی مانند MySQL با استفاده از این حالت می‌توانید کوئری‌هایی را اجرا کنید، داده‌هایی را برگشت دهید، ویرایش کنید، حذف نمایید و یا رکورد جدیدی را اضافه کنید. این زبان بسیار سبک است و از دسته زبان‌های اعلامی است، با استفاده از این زبان، توسعه‌دهنده می‌تواند بسیاری از کارهای سختی که انجام می‌دهد را به سادگی در این حالت انجام دهد. 

یکی دیگر از دلایلی که بانک‌های اطلاعاتی SQL تا به این اندازه محبوب است، این است که در اکثر برنامه‌ها و پکیج‌های توسعه مانند LAMP و یا پشته‌های مبتنی بر Ruby وجود دارند. این نوع از بانک‌ها به خوبی درک شده‌اند و پشتیبانی بسیاری از آن می‌شود. به همین دلیل استفاده و اجرای آن کار ساده‌تر به نسبت حالت بعدی‌مان است.

NoSQL: بانک‌ اطلاعاتی غیر رابطه‌ای و توزیع شده

اگر داده‌های شما به صورت واضح تعیین نشده‌اند و یا اینکه ساختاردهی درستی ندارند، پس ساختن یک schema برای‌تان بسیار مشکل است. بجای اینکار می‌توانید از بانک‌های اطلاعاتی غیر رابطه‌ای استفاده کنید، این مدل از بانک اطلاعاتی بسیار منعطف‌تر نسبت به همتاهای خود است. ایده بانک‌های اطلاعاتی غیر رابطه‌ای مانند فایل‌ها و پوشه‌ها است که در آن تمام اطلاعات مرتبط به هم (فایل‌ها) در یک جا (پوشه‌ها) قرار می‌گیرند. اگر یک وبلاگ وردپرسی از بانک‌ اطلاعاتی NoSQL استفاده کند، هر کدام از فایل‌ها یک پست وبلاگی را در خود نگه می‌دارند، لینک‌های شبکه‌های اجتماعی، تلفن‌ها، متن‌ها و تمام موارد دیگر.

تلاش برای ذخیره، پردازش و آنالیز داده‌هایی که ساختارمند نیستند، به شما می‌گویند که بهتر است به دنبال یک جایگزین برای SQL باشید، در حقیقت بانک‌های اطلاعاتی NoSQL سطح دسترسی و کار بسیار منعطف‌تری را با داده به شما می‌دهد.

چگونگی کارکرد بانک‌های اطلاعاتی NoSQL در مقابل مدل رابطه‌ای این است که در بانک‌های اطلاعاتی NoSQL بجای اینکه داده‌ها در جدول‌ها ذخیره شود، در سندها ذخیره می‌شود. از این طریق می‌شود داده‌هایی ساختاردهی نشده را مانند (تصاویر، مقالات، ویدیوها و موارد مختلف دیگر) در یک سند ذخیره کرد و به سادگی آن‌ها را پیدا نمود، در این حالت، دیگر برای ذخیره موارد مختلف از جداول استفاده نمی‌شود. این موضوع درک‌پذیری بالاتری دارد، اما بخاطر داشته باشید که استفاده از این حالت نیازمند پردازش بیشتر و حافظه بیشتر نسبت به SQL است. 

بانک‌های اطلاعاتی NoSQL همچنین مزیت‌ دیگری را نیز ارائه می‌دهند و آن آسان بودن دسترسی است. بانک‌های اطلاعاتی SQL بیشتر به عنوان گزینه مناسبی برای اپلیکیشن‌هایی است که با زبان‌های برنامه‌نویسی شئ‌گرا مانند جاوا، پایتون، پی‌اچ‌پی و… نوشته می‌شود. اما NoSQL برای توسعه‌دهندگانی مناسب است که از طریق APIها به داده‌ها دسترسی پیدا می‌کنند و بدون اینکه نیاز به یادگیری SQL یا ساختار و معماری بانک اطلاعاتی آشنایی داشته باشند، می‌توانند با آن کار کنند.

در رابطه با بانک‌های اطلاعاتی NoSQL ما انواع متفاوتی را داریم که در اینجا قصد داریم در رابطه با ۴ نوع مرسوم از آن‌ها صحبت کنیم:

• مدل Key-Value : در این مدل اطلاعات در یک راه بدون شِما یا (شما کم) ذخیره می‌شوند و داده‌ها شامل کلیدها و مقادیر Index هستند. Cassandra، Azure، LevelDB و Riak نمونه‌هایی از این حالت هستند.
• ذخیره ستونی : به این مدل ذخیره Wide-Column نیز گفته می‌شود، در این حالت بجای ردیف‌ها، جداول و ستون‌های مربوط به داده ذخیره می‌شوند. با استفاده از این مدل شما بیشترین میزان از مقیاس پذیری و کارایی را در اختیار دارید. نمونه‌هایی از این حالت Hbase، BigTable و HyperTable است.
• بانک‌اطلاعاتی سندی : مدل Key-Value را در نظر بگیرید و حال پیچیدگی بیشتری را به آن اضافه کنید، هر کدام از سندهای موجود در این بانک اطلاعاتی داده‌های مربوط به خود و کلید منحصر به فرد خود را دارد، که از آن برای بازیابی داده استفاده می شود. این مورد گزینه بسیار عالی برای ذخیره‌سازی، بازیابی و داده‌های مبتنی بر سند است، اما باید گفت که این مورد نیز به صورت منحصر به فردی ساختارمند است. نمونه‌هایی از این حالت ​MongoDB و CouchDB است.
• بانک‌اطلاعاتی گراف : آیا داده‌هایی دارید که با گراف‌ها ارتباط دارد؟ این متد یکی از بهترین راه‌حل‌ها برای شما خواهد بود. نمونه‌هایی از آن Polyglot و Neo۴J است.

برخی از تفاوت‌های کلی SQL و NoSQL

• بانک‌های اطلاعاتی SQL به صورت اصلی با عنوان بانک اطلاعاتی رابطه‌ای یا RDBMS شناخته می‌شود؛ بانک‌های اطلاعاتی NoSQL به عنوان بانک اطلاعاتی غیر رابطه‌ای و توزیع شده شناخته می‌شود.
• بانک‌های اطلاعاتی SQL داده‌ها را در جداول و ستون ها ذخیره می‌کند، این درحالیست که ذخیره‌سازی در بانک‌های اطلاعاتی NoSQL مبتنی بر سندات، key-valueها، گراف‌ها و wide-column است.
• بانک‌های اطلاعاتی SQL، شِمای کلی را از بانک پیشنهاد می‌دهند،‌ اما NoSQL برای این مورد منعطف است و می‌تواند بدون دردسر تغییر کند.
• بانک‌های اطلاعاتی SQL تمرکز و تاکید بسیاری روی موضوع ACID که مخفف (Atomicity, Consistency, Isolation and Durability) است تمرکز دارد، درحالیکه NoSQL روند CAP را اجرا می‌کند که مخفف (Consistency, Availability and Partition tolerance) است. 
• برای محیط‌هایی با تراکنش بسیار زیاد، بانک‌های اطلاعاتی SQL توانایی بهتری را از خودشان نشان داده‌اند، این مورد برای اپلیکیشن‌هایی با حجم داده بالا بسیار مناسب هستند.
• مقیاس‌پذیری در بانک‌های اطلاعاتی مدل رابطه‌ای بسیار سخت است و تقریبا نیاز دارد که کلیت بانک اطلاعاتی را تغییر دهید، این در حالی‌ست که تغییر دادن و توسعه یک بانک اطلاعاتی در سیستم بانک‌های اطلاعاتی NoSQL بسیار ساده‌تر و روند آسان‌تری دارد.
• در زمینه پشتیبانی کردن، بانک‌های اطلاعاتی مدل رابطه‌ای معمولا از پشتیبانی خوبی برخوردار هستند و حتی برخی از شرکت‌ها به صورت رسمی و منحصرا سرویس‌های پشتیبانی را برای یک شرکت بزرگ در نظر می‌گیرد. اما تنها برخی از بانک های اطلاعاتی NoSQL به این صورت عمل می‌کنند، بیشتر آن‌ها پشتیبانی رسمی ندارند و تنها راه حل برای یافتن پاسخ‌ها استفاده از انجمن‌ها و مواردی مانند این است.

دلایلی برای استفاده از بانک‌اطلاعاتی SQL

وقتی موضوع به تکنولوژی‌های بانک اطلاعاتی مربوط می‌شود، نمی‌شود گفت که تنها یک راه‌حل کلی وجود دارد و تمام. درست به همین دلیل است که بسیاری از شرکت‌ها همزمان از هر دو سیستم بانک اطلاعاتی استفاده می‌کنند. با وجود آنکه ممکن است سرعت و مقیاس‌پذیری بالای NoSQL شما را شگفت زده کند اما موارد دیگری نیز وجود دارد که در آن نیاز دارید که از یک سیستم بانک اطلاعاتی SQL استفاده کنید. دو مورد برای اینکه از بانک‌ اطلاعاتی SQL استفاده کنید در زیر ذکر شده است:

• شما باید از سازگاری ACID مطمئن شوید. وجود سازگاری ACID در بانک‌های اطلاعاتی در کاهش آنومالی و ناسازگاری داده کمک بسیاری می‌کند، با این کار همه چیز مطابق با میل شما انجام می‌شود. ممکن است این قابلیت در برخی از بانک‌های اطلاعاتی NoSQL وجود نداشته باشد و یا اینکه چندان به آن اهمیت داده نشده باشد. البته این موضوع نیز به دلیل بالا بودن کارایی و مقیاس‌پذیری آنهاست.
• داده‌های شما ساختارمند است و تغییر نمی‌کند. اگر از رشد نکردن و تغییر نکردن مداوم بانک اطلاعاتی‌تان مطمئن هستید، پس بدانید که SQL انتخاب بسیار مناسبی برای شما خواهد بود.

دلایلی برای استفاده از بانک‌های اطلاعاتی NoSQL

وقتی قصد دارید تا اپلیکیشن‌هایی با سرعت بالا ایجاد کنید و بتوانید با داده‌های بزرگ و مسئله‌ای مانند BigData کار کنید، بانک اطلاعاتی NoSQL می‌تواند انتخاب بسیار خوبی برای شما باشد. انجام این کار با بانک‌های اطلاعاتی سنتی کاری سخت و دشوار است، به همین دلیل برای انجام چنین کارهایی بانک اطلاعاتی مانند MongoDB، CouchDB و… انتخاب بسیار خوبی هستند.

• ذخیره‌سازی داده‌هایی با حجم بسیار و ساختاردهی نشده. در بانک‌های اطلاعاتی NoSQL شما هیچگونه محدودیتی روی نوع داده‌هایی که در کنار هم قرار می‌دهید ندارد. همچنین به شما اجازه می‌دهد آنگونه که می‌خواهید داده‌ها را تغییر دهید. با استفاده از روش مبتنی بر سند، شما می‌توانید داده‌های مختلفی را بدون اینکه نوع آن‌ها مسئله مهمی برای ذخیره سازی باشد، در یک مکان قرار دهید.
• ذخیره‌سازی و انجام محاسبات ابری. ذخیره‌سازی مبتنی بر ابر یکی از راه‌حل‌های بسیار مناسب همراه با میزان هزینه خوب است، اما برای بالاتر رفتن میزان مقیاس‌پذیری نیاز است که داده‌ها را در سرورهای مختلف منتشر کنید. 
• توسعه سریع. وقتی قصد دارید یک پروژه جدید را راه اندازی کنید، در حالتی که از بانک‌های اطلاعاتی رابطه‌ای استفاده کنید، باید ابتدای کار ساختار برنامه را مشخص کنید و شمای کلی برای آن طراحی نمایید که این کارها در ابتدا بسیار زمان‌بر است. اما در حالت بانک اطلاعاتی NoSQL دیگر این مشکلات را نخواهید داشت.

بررسی چند ویژگی کلی از چندین بانک اطلاعاتی رابطه‌ای SQL

۱.MySQL Community Edition

Mysql یکی از محبوبترین سیستم‌های مدیریت بانک‌های اطلاعاتی متن باز است. عمدتا از این سیستم همراه با آپاچی و پی‌اچ‌پی استفاده می‌شود. اما می تواند با Ngnix و یا حتی نودجی‌اس نیز به خوبی کار کند. در زیر می‌توانید چند فایده کلی از این سیستم را مشاهده کنید:

• قابلیت تکثیرپذیری: با استفاده از قابلیت تکثیرپذیری می‌توانند بانک اطلاعاتی MySQL را روی چندین نود مختلف قرار دهید، این کار بارگذاری را بهینه‌تر می‌کند مقیاس‌پذیری و در دسترس بودن را افزایش می‌دهد.
• وجود انجمن قدرتمند: به دلیل متن باز بودن این سیستم بانک اطلاعاتی، پشتیبانی بسیار خوبی از طرف انجمن‌های مختلف از آن صورت می‌گیرد، این مسئله بسیار مورد قابل توجه و مهمی است.
• پلتفرم‌ها و زبان‌های مختلف: مای‌اس‌کیو‌ال روی تقریبا تمام پلتفرم‌های محبوب و حتی موارد دیگر قابل دسترس است، لینوکس، ویندوز، مک، BSD و سولاریس. همچنین قابلیت ارتباط برقرار کردن با زبان‌های مختلف برنامه‌نویسی مانند جاوااسکریپت، روبی، سی‌++، پی‌اچ‌پی و… را دارد.

۲. MS-SQL Server Express Edition

سیستم مدیریت بانک اطلاعاتی مایکروسافت یک سیستم کاربرپسند با میزان مقیاس‌پذیری و قابلیت اعتماد بالا است، همچنین از طرف مایکروسافت به خوبی پشتیبانی می‌شود. چند مورد از ویژگی‌های این سیستم عبارت است از:

• محیط توسعه یکپارچه: برای افرادی که با استفاده از ویژوال‌استدیو برنامه‌نویسی می‌کنند، استفاده کردن از سیستم بانک اطلاعاتی SQL بسیار کابردی و مفید خواهد بود.
• پشتیبان‌گیری ابری: وجود سیستم‌های ابری در مایکروسافت این قابلیت را به سیستم می‌دهد که بتوان پشتیبان‌های ابری از بانک‌های اطلاعاتی را تهیه کرد.

۳. Oracle Express Edition

این مورد نسخه‌ای محدود شده نسبت به نسخه اینترپرایز اوراکل است. این سیستم برای توسعه و پیاده‌سازی اپلیکیشن‌ها رایگان است. در زیر می‌توانید چند ویژگی کلی از این سیستم را مشاهده کنید:

• ارتقا آسان: به سادگی می‌توان به نسخه جدید یا نسخه اینترپرایز ارتقا یافت.
• پشتیبانی از پلتفرم‌های مختلف: این مورد از پلتفرم‌هایی مانند ویندوز و لینوکس پشتیبانی می‌کند.
• مقیاس‌پذیری: اگرچه روند مقیاس‌پذیری این سیستم به اندازه MySQL بهینه نیست، اما قابل اعتماد است و امنیت بالایی دارد.

بررسی چند ویژگی کلی از چندین بانک اطلاعاتی NoSQL

۱. MongoDB

محبوب‌ترین سیستم بانک اطلاعاتی در میان سیستم‌های بانک اطلاعاتی NoSQL مونگو‌دی‌بی‌ است. این مورد توسط DoubleClick توسعه داده شده و با استفاده از ++C نوشته شده است. بسیار مهم است که بدانیم از این سیستم در چندین شرکت بزرگ هم اکنون استفاده می‌شود.

در زیر می توانید چند فایده کلی از این مورد را مشاهده کنید:

• سرعت: برای پرس‌جوهای ساده، کارایی بسیار خوبی دارد و از آنجایی که مبتنی بر سند است، عملیات Join دیگر سرعت ما را کاهش نمی‌دهد.
• مدیریت کردن: از این سیستم هم توسعه‌دهندگان و هم مدیران سیستم استفاده می‌کنند. همچنین قابلیت به اشتراک گذاری خوبی را می‌دهد.
• شِما پویا‌: این ویژگی اجازه می‌دهد تا بتوانید بدون تغییر دادن در شما کلی برنامه، داده‌ها بیشتری را قرار دهید.

۲. CouchDB

این مورد نیز مبتنی بر سند است و داده‌ها را در قالب مستندات JSON  ذخیره می‌کند. در زیر می توانید چند فایده کلی از این مورد را مشاهده کنید:

• HTTP query: در این سیستم می‌توانید به سندهای بانک اطلاعاتی‌تان از طریق مرورگر دسترسی داشته باشید. 
• قابلیت تکثیر آسان: پیاده‌سازی حالت تکثیر در این نوع از پایگاه داده بسیار آسان است.

۳. Redis

این مورد نیز یکی دیگر از سیستم‌های پایگاه داده NoSQL است، اما بیشتر استفاده از آن بدلیل سرعت بسیار بالای آن است. این سیستم با استفاده از زبان ANSI C طراحی و ساخته شده است. در زیر می توانید چند فایده کلی از این مورد را مشاهده کنید:

• ساختارهای داده‌ای: Redis از ساختارهای داده‌ای کارآمد برای توسعه و گسترش استفاده کرده، حالتی که آن را data structure server می‌نامند. کلیدهای ذخیره شده در این سیستم می‌توانند هش‌ها، لیست‌ها، رشته‌ها و مواردی مانند این باشند.
• سرعت: این مورد به عنوان سریع‌ترین سیستم بانک اطلاعاتی NoSQL شناخته می‌شود. همچنین بسیار می‌تواند برای بهروری حافظه بهینه باشد.