مخازن بيانات NoSQL

مخازن بيانات NoSQL هي قواعد بيانات غير علائقية — مفتاح-قيمة، مستندات، أعمدة عريضة، ورسوم بيانية — تتبنى نماذج بيانات مرنة واستراتيجيات توزيع للتوسع أفقيًا والبقاء متاحًا على حساب بعض الضمانات العلائقية.

Definition

مخزن بيانات NoSQL هو قاعدة بيانات تبتعد عن النموذج العلائقي، وتنظم البيانات كأزواج مفتاح-قيمة، أو مستندات، أو أعمدة متفرقة عريضة، أو رسوم بيانية، وعادةً ما توزعها عبر مجموعة (cluster) مع النسخ المتماثل والاتساق المرن لتحقيق قابلية التوسع والتوافر.

Scope

يغطي هذا الموضوع الفئات الرئيسية لأنظمة NoSQL ونماذج بياناتها: مخازن المفتاح-القيمة لعمليات البحث البسيطة، ومخازن المستندات للسجلات المتداخلة، ومخازن الأعمدة العريضة للجداول الكبيرة المتفرقة، وقواعد بيانات الرسوم البيانية للبيانات عالية الاتصال. ويتناول خيارات التصميم المشتركة لهذه الأنظمة — التجزئة (sharding)، والنسخ المتماثل (replication)، والاتساق القابل للضبط (tunable consistency) — وأنماط الوصول التي تناسب كل نموذج. ويستثني نظرية الاتساق الواسعة (CAP ونماذج الاتساق) وأطر المعالجة، والتي هي مواضيع مجاورة.

Core questions

• ما هو نموذج البيانات الذي توفره كل فئة من فئات NoSQL (مفتاح-قيمة، مستندات، أعمدة عريضة، رسوم بيانية)؟
• ما هي أنماط الوصول وأعباء العمل التي تناسب كل فئة؟
• كيف تقوم مخازن NoSQL بتجزئة ونسخ البيانات لتحقيق قابلية التوسع والتوافر؟
• ما هي الميزات العلائقية (الربط، المعاملات، المخططات) التي تتخلى عنها، ولماذا؟
• كيف تسمح إعدادات الاتساق القابلة للضبط للتطبيقات بالموازنة بين زمن الاستجابة وحداثة البيانات؟

Key concepts

• مخزن مفتاح-قيمة
• مخزن مستندات
• مخزن أعمدة عريضة
• قاعدة بيانات رسوم بيانية
• التجزئة والنسخ المتماثل
• الاتساق القابل للضبط
• مرونة المخطط
• أنماط الوصول غير الطبيعية

Key theories

نماذج المفتاح-القيمة والأعمدة العريضة

تربط مخازن المفتاح-القيمة المفاتيح غير الشفافة بالقيم لعمليات بحث بسيطة وسريعة، بينما تنظم مخازن الأعمدة العريضة البيانات في صفوف ذات عائلات أعمدة مرنة ومتفرقة؛ وكلاهما، كما يتضح من Dynamo و Bigtable، يتوسع إلى مجموعات ضخمة مع التجزئة والنسخ المتماثل.

نماذج المستندات والرسوم البيانية

تحتفظ مخازن المستندات بسجلات متداخلة ذاتية الوصف (غالبًا JSON) وتدعم الاستعلامات على بنيتها، بينما تقوم قواعد بيانات الرسوم البيانية بنمذجة الكيانات والعلاقات كعقد وحواف محسّنة لتصفح البيانات عالية الاتصال.

ضمانات مرنة من أجل التوسع

للتوسع أفقيًا والبقاء متاحًا، تتخلى العديد من مخازن NoSQL عن المخططات، وتتخلى عن المعاملات والربط متعدد الصفوف، وتقدم اتساقًا قابلاً للضبط أو اتساقًا نهائيًا، مما يحول بعض المسؤولية عن التكامل إلى التطبيق.

Clinical relevance

تُستخدم مخازن NoSQL على نطاق واسع كعناصر بناء لخدمات الإنترنت: تدعم مخازن المفتاح-القيمة والأعمدة العريضة حالة الجلسة، والكتالوجات، وبيانات السلاسل الزمنية على نطاق واسع جدًا، وتناسب مخازن المستندات بيانات التطبيقات المرنة، وتُشغل قواعد بيانات الرسوم البيانية أنظمة التوصية واكتشاف الاحتيال، مما يجعل معرفة نماذجها ضرورية لهندسة البيانات.

History

نشأت حركة NoSQL من حاجة شركات الإنترنت إلى التوسع بما يتجاوز قواعد البيانات العلائقية أحادية العقدة. قدمت Bigtable من Google (2006/2008) نموذج الأعمدة العريضة، وقدمت Dynamo من Amazon (2007) نموذج المفتاح-القيمة عالي التوافر والمتسق في النهاية؛ وقد أدت هذه التصميمات المؤثرة إلى ظهور جيل من قواعد بيانات المفتاح-القيمة والمستندات والأعمدة العريضة والرسوم البيانية مفتوحة المصدر في أواخر العقد الأول والثاني من القرن الحادي والعشرين.

Key figures

• Werner Vogels
• Jeffrey Dean
• Sanjay Ghemawat

Seminal works

• decandia2007
• chang2008

Frequently asked questions

كيف أختار بين مخازن المفتاح-القيمة، والمستندات، والأعمدة العريضة، والرسوم البيانية؟

طابق النموذج مع نمط الوصول: المفتاح-القيمة لعمليات البحث البسيطة بواسطة مفتاح معروف؛ المستندات للسجلات المستقلة والمتداخلة التي يتم الاستعلام عنها بواسطة حقولها؛ الأعمدة العريضة للجداول الكبيرة جدًا والمتفرقة ذات الوصول المتوقع لمفتاح الصف؛ والرسوم البيانية للبيانات التي تهيمن عليها العلاقات والتصفحات، مثل الشبكات الاجتماعية أو التوصيات.

هل تدعم مخازن NoSQL المعاملات؟

تاريخيًا، كانت العديد من مخازن NoSQL تقدم فقط عمليات ذرية بمفتاح واحد ولا توجد معاملات متعددة السجلات، متخلية عنها من أجل قابلية التوسع. لقد تغير ذلك: عدد من أنظمة NoSQL الحديثة و'NewSQL' توفر الآن معاملات متعددة المستندات أو حتى معاملات موزعة، لذا يختلف دعم المعاملات على نطاق واسع ويجب التحقق منه لكل نظام.