NoSQL là gì?

Các ứng dụng hiện đại phải đối mặt với một số thách thức có thể được giải quyết bằng cơ sở dữ liệu NoSQL. Ví dụ, các ứng dụng xử lý một khối lượng dữ liệu lớn từ các nguồn khác nhau như phương tiện truyền thông xã hội, cảm biến thông minh và cơ sở dữ liệu của bên thứ ba. Tất cả dữ liệu khác nhau này không phù hợp với mô hình quan hệ. Việc thực thi các cấu trúc dạng bảng có thể dẫn đến dư thừa, sao chép dữ liệu và các vấn đề về hiệu suất trên quy mô lớn.

Cơ sở dữ liệu NoSQL chuyên dành cho các mô hình dữ liệu phi quan hệ và có sơ đồ linh hoạt để xây dựng các ứng dụng hiện đại. Chúng được công nhận rộng rãi vì khả năng dễ phát triển, chức năng cũng như hiệu năng ở quy mô lớn. Lợi ích của cơ sở dữ liệu NoSQL được liệt kê dưới đây.

Cơ sở dữ liệu NoSQL thường cung cấp các sơ đồ linh hoạt giúp công đoạn phát triển nhanh hơn và có khả năng lặp lại cao hơn. Mô hình dữ liệu linh hoạt biến cơ sở dữ liệu NoSQL thành lựa chọn lý tưởng cho dữ liệu không được tổ chức thành cấu trúc hoặc có cấu trúc chưa hoàn chỉnh.

Cơ sở dữ liệu NoSQL thường được thiết kế để tăng quy mô bằng cách sử dụng các cụm phần cứng được phân phối thay vì tăng quy mô bằng cách bổ sung máy chủ mạnh và tốn kém. Một số nhà cung cấp dịch vụ đám mây xử lý các hoạt động này một cách không công khai dưới dạng dịch vụ được quản lý đầy đủ.

Cơ sở dữ liệu NoSQL được tối ưu hóa cho các mô hình dữ liệu cụ thể và các mẫu truy cập. Chúng cho phép hiệu suất cao hơn so với khi bạn đang cố gắng thực hiện chức năng tương tự với cơ sở dữ liệu quan hệ.

Cơ sở dữ liệu NoSQL cung cấp các API và kiểu dữ liệu cực kỳ thiết thực được xây dựng riêng cho từng mô hình dữ liệu tương ứng.

Bạn có thể sử dụng cơ sở dữ liệu NoSQL để xây dựng nhiều ứng dụng di động, Internet vạn vật (IoT), chơi game và web hiệu suất cao cung cấp trải nghiệm người dùng tuyệt vời trên quy mô lớn. Phạm vi cơ sở dữ liệu NoSQL và các trường hợp sử dụng tương ứng rất rộng. Mặc dù rất khó để trình bày một tập hợp các trường hợp sử dụng đại diện, dưới đây chúng tôi sẽ cung cấp một vài ví dụ minh họa để bắt đầu suy nghĩ và khuyến khích bạn tìm hiểu thêm về từng cơ sở dữ liệu NoSQL và các trường hợp sử dụng tương ứng.

Bạn có thể cung cấp các đề xuất thời gian thực, cá nhân hóa và cải thiện trải nghiệm người dùng với cơ sở dữ liệu NoSQL. Ví dụ: Disney+ cung cấp thư viện nội dung kỹ thuật số mở rộng cho hơn 150 triệu người đăng ký sử dụng công nghệ cơ sở dữ liệu NoSQL. Công ty có thể mở rộng quy mô và cung cấp các tính năng thông dụng như Tiếp tục xem, Danh sách xem và Đề xuất cá nhân với Amazon DynamoDB.

Bạn có thể sử dụng cơ sở dữ liệu đồ thị để nhanh chóng khám phá các mối quan hệ phức tạp trong dữ liệu của mình. Ví dụ, Wiz đã hình dung lại bảo mật đám mây như một biểu đồ sử dụng Amazon Neptune. Wiz giúp khách hàng của họ cải thiện trạng thái bảo mật của họ bằng cách nhanh chóng xác định và khắc phục các rủi ro quan trọng nhất. Họ sử dụng mô hình đồ thị được lưu trữ trong Amazon Neptune để khám phá sự kết hợp độc hại của các yếu tố rủi ro đại diện cho các rủi ro quan trọng. Các công cụ rủi ro của Wiz đi qua đồ thị và trong vài giây có thể kết hợp một loạt các yếu tố rủi ro liên kết với nhau trong một đồ thị bảo mật.

Cơ sở dữ liệu NoSQL phân tán rất tuyệt vời để xây dựng các ứng dụng có độ sẵn sàng cao, độ trễ thấp dùng cho nhắn tin, mạng xã hội, chia sẻ tệp và hơn thế nữa. Ví dụ, Snapchat có hơn 290 triệu người dùng gửi hàng tỷ hình ảnh và tin nhắn video mỗi ngày. Công ty sử dụng hệ thống cơ sở dữ liệu NoSQL để giảm 20% độ trễ trung bình của việc gửi tin nhắn.

Cơ sở dữ liệu NoSQL sử dụng nhiều mô hình dữ liệu để truy cập và quản lý dữ liệu. Các loại cơ sở dữ liệu này được tối ưu hóa dành riêng cho các ứng dụng yêu cầu mô hình dữ liệu linh hoạt, lượng dữ liệu lớn và độ trễ thấp, có thể đạt được bằng cách giảm bớt một số hạn chế về tính nhất quán của dữ liệu của các cơ sở dữ liệu quan hệ. Có sự khác biệt trong việc thực hiện dựa trên mô hình dữ liệu. Tuy nhiên, nhiều cơ sở dữ liệu NoSQL sử dụng Javascript Object Notation (JSON), một định dạng trao đổi dữ liệu mở đại diện cho dữ liệu dưới dạng tập hợp các cặp tên-giá trị.

Hãy xem ví dụ về mô hình sơ đồ dành cho cơ sở dữ liệu sách đơn giản:

• Trong cơ sở dữ liệu quan hệ, hồ sơ về một cuốn sách thường được phân tách (hay còn gọi là "chuẩn hóa") và lưu trữ trong các bảng tách biệt nhau, còn mối quan hệ được quy định bằng các ràng buộc khóa ngoại và khóa chính. Trong ví dụ này, bảng Sách có các cột cho ISBN, Tên sách và Số phiên bản, bảng Tác giả có các cột cho ID tác giả và Tên tác giả và cuối cùng, bảng Tác giả–ISBN có các cột cho ID tác giả và ISBN. Mô hình quan hệ được thiết kế để cho phép các cơ sở dữ liệu này thực thi tính toàn vẹn tham chiếu giữa nhiều bảng trong cơ sở dữ liệu, được chuẩn hóa để giảm dư thừa và thường được tối ưu hóa cho mục đích lưu trữ.
• Trong cơ sở dữ liệu NoSQL, hồ sơ về một cuốn sách thường được lưu trữ dưới dạng văn bản. Với từng quyển sách, mục, ISBN, Tên sách, Số phiên bản, Tên tác giả và ID tác giả được lưu trữ dưới dạng thuộc tính trong một văn bản duy nhất. Trong mô hình này, dữ liệu được tối ưu hóa cho việc phát triển trực quan và khả năng điều chỉnh quy mô theo chiều ngang.

Bảng sau sẽ so sánh thuật ngữ được sử dụng trong cơ sở dữ liệu NoSQL chọn lọc với thuật ngữ được sử dụng trong cơ sở dữ liệu SQL.

Có một số hệ thống cơ sở dữ liệu NoSQL khác nhau do nhiều điểm khác biệt trong cách quản lý và lưu trữ dữ liệu không lược đồ. Chúng tôi giải thích một số loại phổ biến dưới đây.

Cơ sở dữ liệu khóa-giá trị rất dễ phân chia và cho phép thay đổi quy mô theo chiều ngang tại các cấp độ mà các loại cơ sở dữ liệu NoSQL không thể làm được. Cơ sở dữ liệu khóa-giá trị lưu trữ dữ liệu dưới dạng một tập hợp các cặp khóa-giá trị mà tại đó, khóa đóng vai trò là mã định danh duy nhất. Khóa và giá trị đều có thể là bất cứ thứ gì, từ đối tượng đơn giản đến đối tượng phức hợp phức tạp. Thiết kế dữ liệu lưu trữ khóa–giá trị được dùng cho trò chơi, công nghệ quảng cáo và đặc biệt thích hợp cho IoT. Amazon DynamoDB được thiết kế để có hiệu suất ổn định với độ trễ ổn định chỉ vài mili giây cho khối lượng công việc thuộc quy mô bất kỳ. 

Cơ sở dữ liệu tài liệu có cùng một định dạng mô hình tài liệu mà các nhà phát triển sử dụng trong mã ứng dụng của họ. Chúng lưu trữ dữ liệu dưới dạng các đối tượng JSON với bản chất linh hoạt, bán cấu trúc và phân cấp. Tính chất linh hoạt, bán cấu trúc và phân cấp của các tài liệu và cơ sở dữ liệu tài liệu cho phép chúng phát triển phù hợp với yêu cầu của ứng dụng. Mô hình cơ sở dữ liệu tài liệu phát huy hiệu quả với danh mục, hồ sơ người dùng và hệ thống quản lý nội dung, nơi từng văn bản là duy nhất và phát triển theo thời gian. Amazon DocumentDB (với khả năng tương thích MongoDB) và MongoDB là các cơ sở dữ liệu tài liệu phổ biến cung cấp các API mạnh mẽ và trực quan để phát triển linh hoạt và lặp lại.

Mục đích của cơ sở dữ liệu đồ thị là giúp bạn dễ dàng xây dựng và chạy ứng dụng hoạt động với tập dữ liệu kết nối cao. Chúng sử dụng nút để lưu trữ các thực thể dữ liệu và biên để lưu trữ mối quan hệ giữa các thực thể. Biên luôn có một nút bắt đầu, nút kết thúc, kiểu và hướng. Biên có thể mô tả các mối quan hệ cha-con, hành động và quyền sở hữu và các mối quan hệ tương tự. Không giới hạn về số lượng cũng như loại mối quan hệ mà một nút có thể sở hữu. Bạn có thể sử dụng cơ sở dữ liệu đồ thị để xây dựng và chạy ứng dụng hoạt động với bộ dữ liệu kết nối cao. Các trường hợp sử dụng điển hình của cơ sở dữ liệu đồ thị bao gồm mạng xã hội, công cụ đề xuất, phát hiện gian lận và đồ thị kiến thức. Amazon Neptune là một dịch vụ cơ sở dữ liệu đồ thị được quản lý đầy đủ, hỗ trợ cả mô hình Đồ thị thuộc tính và Khung mô tả tài nguyên (RDF), cho phép bạn lựa chọn hai API đồ thị: TinkerPop và RDF/SPARQL.

Trong khi các cơ sở dữ liệu phi quan hệ khác lưu trữ dữ liệu trên đĩa hoặc SSD, các kho dữ liệu trong bộ nhớ được thiết kế để loại bỏ nhu cầu truy cập đĩa. Chúng lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu thời gian phản hồi micro giây hoặc có lưu lượng truy cập tăng đột biến lớn. Bạn có thể sử dụng chúng trong các ứng dụng trò chơi và công nghệ quảng cáo cho các tính năng như bảng xếp hạng, cửa hàng phiên và phân tích thời gian thực. Amazon MemoryDB dành cho Redis là một dịch vụ cơ sở dữ liệu nằm trong bộ nhớ, bền, tương thích với Redis có chức năng đảm bảo độ trễ của thao tác đọc tính bằng micro giây, độ trễ của thao tác ghi chưa đến mười mili giây và độ bền trên nhiều vùng sẵn sàng. Amazon ElastiCache là dịch vụ bộ nhớ đệm trong bộ nhớ được quản lý hoàn toàn, tương thích với cả Redis và Memcached để phục vụ khối lượng công việc có độ trễ thấp, thông lượng cao. Trình tăng tốc Amazon DynamoDB (DAX) là một ví dụ khác về kho dữ liệu chuyên dụng giúp DynamoDB đọc nhanh hơn rất nhiều.

Cơ sở dữ liệu công cụ tìm kiếm là một loại cơ sở dữ liệu phi quan hệ được dành riêng cho việc tìm kiếm nội dung dữ liệu, chẳng hạn như bản ghi đầu ra ứng dụng được sử dụng bởi các nhà phát triển để khắc phục sự cố. Chúng sử dụng các chỉ mục để phân loại các đặc điểm tương tự giữa dữ liệu và tạo điều kiện cho khả năng tìm kiếm. Cơ sở dữ liệu công cụ tìm kiếm được tối ưu hóa để sắp xếp dữ liệu phi cấu trúc như hình ảnh và video. Dịch vụ OpenSearch của Amazon được xây dựng nhằm mục đích cung cấp hình ảnh trực quan và phân tích gần như trong thời gian thực về các dữ liệu do máy tạo bằng cách lập chỉ mục, tập hợp và tìm kiếm trong các bản ghi và chỉ số bán cấu trúc.

Trong nhiều thập kỷ, mô hình dữ liệu chiếm ưu thế trong phát triển ứng dụng là mô hình dữ liệu quan hệ lưu trữ dữ liệu trong các bảng được tạo thành từ các hàng và cột. Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL) được sử dụng để tạo và chỉnh sửa các bảng quan hệ này. Cơ sở dữ liệu SQL mô hình hóa các mối quan hệ dữ liệu dưới dạng bảng. Các hàng trong bảng đại diện cho một tập hợp các giá trị có liên quan của một đối tượng hoặc thực thể. Mỗi cột trong bảng đại diện cho một thuộc tính dữ liệu và một trường (hoặc ô bảng) lưu trữ giá trị thực tế của thuộc tính. Bạn có thể sử dụng hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS) để truy cập dữ liệu theo nhiều cách khác nhau mà không cần tổ chức lại các bảng cơ sở dữ liệu.

Mãi cho đến cuối những năm 2000, các mô hình dữ liệu linh hoạt khác mới bắt đầu được đưa vào áp dụng và sử dụng nhiều hơn. Để phân biệt và phân loại các cơ sở dữ liệu và mô hình dữ liệu mới này, từ NoSQL đã được đặt ra. NoSQL là viết tắt của không chỉ SQL hoặc non-SQL. Thông thường, thuật ngữ NoSQL được sử dụng tương đương với thuật ngữ phi quan hệ. Sự khác biệt chính giữa cơ sở dữ liệu quan hệ và không quan hệ được đưa ra trong bảng dưới đây.

Cơ sở dữ liệu NoSQL là tốt nhất để xử lý dữ liệu không xác định, không liên quan hoặc thay đổi nhanh chóng. Nó rất trực quan để sử dụng cho các nhà phát triển khi ứng dụng có ảnh hưởng đến lược đồ cơ sở dữ liệu. Bạn có thể sử dụng nó cho các ứng dụng:

• Cần các sơ đồ linh hoạt giúp công đoạn phát triển nhanh hơn và có khả năng lặp lại cao hơn.
  
• Ưu tiên hiệu suất hơn tính nhất quán của dữ liệu mạnh mẽ và duy trì mối quan hệ giữa các bảng dữ liệu (tính toàn vẹn tham chiếu).
• Yêu cầu mở rộng theo chiều ngang bằng cách phân mảnh trên các máy chủ.
• Hỗ trợ dữ liệu bán cấu trúc và phi cấu trúc.

Bạn không phải lúc nào cũng phải lựa chọn giữa lược đồ cơ sở dữ liệu phi quan hệ và lược đồ cơ sở dữ liệu quan hệ. Bạn có thể sử dụng kết hợp cơ sở dữ liệu SQL và NoSQL trong các ứng dụng của mình. Cách tiếp cận kết hợp này khá phổ biến và đảm bảo mỗi khối lượng công việc được ánh xạ vào cơ sở dữ liệu phù hợp để có hiệu suất giá tối ưu.

AWS có một số dịch vụ cơ sở dữ liệu NoSQL để đáp ứng tất cả các yêu cầu NoSQL của bạn. Ví dụ:

• Amazon DynamoDB là một dịch vụ cơ sở dữ liệu khóa-giá trị phi máy chủ, được quản lý đầy đủ, cung cấp hiệu suất ổn định, một số mili giây với khả năng điều chỉnh quy mô không giới hạn.
• Amazon DocumentDB (với khả năng tương thích MongoDB) là cơ sở dữ liệu tài liệu JSON gốc được quản lý đầy đủ, giúp vận hành khối lượng công việc tài liệu quan trọng ở hầu hết mọi quy mô mà không cần quản lý cơ sở hạ tầng một cách dễ dàng và tiết kiệm chi phí.
• Amazon Neptune là dịch vụ cơ sở dữ liệu đồ thị phi máy chủ, được quản lý đầy đủ, được thiết kế để có khả năng điều chỉnh quy mô và tính khả dụng vượt trội với khả năng truy vấn hàng tỷ mối quan hệ trong vài giây.
• Amazon MemoryDB dành cho Redis là một dịch vụ cơ sở dữ liệu nằm trong bộ nhớ, bền, mang lại thời gian phản hồi đọc và ghi micro giây cho hiệu suất cực nhanh.
• Amazon ElastiCache là dịch vụ lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ và bộ nhớ đệm được quản lý đầy đủ, tương thích với Redis và Memcache, mang lại hiệu suất thời gian thực, tối ưu hóa chi phí.
• Amazon Keyspaces (dành cho Apache Cassandra) là cơ sở dữ liệu cột rộng phi máy chủ, được quản lý đầy đủ, được thiết kế cho khả dụng lên đến 99,999% với sao chép đa vùng. Dịch vụ cơ sở dữ liệu tương thích với Apache Cassandra được quản lý, có tính khả dụng cao và có khả năng mở rộng.
• Amazon Timestream là một cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian phi máy chủ, được quản lý hoàn toàn, giúp lưu trữ và phân tích hàng nghìn tỷ sự kiện mỗi ngày nhanh hơn gấp 1.000 lần so với cơ sở dữ liệu quan hệ. 
• Dịch vụ OpenSearch của Amazon là bộ phân tích và tìm kiếm phân tán được quản lý đầy đủ cho phép tìm kiếm, giám sát và phân tích dữ liệu kinh doanh và hoạt động theo thời gian thực.

Bắt đầu sử dụng NoSQL trên AWS bằng cách tạo tài khoản miễn phí ngay hôm nay!