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.

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).