SQL vs. NoSQL

Pro ukládání a práci s digitálními daty se používají dva základní programovací jazyky na správu databází: SQL a NoSQL. Ačkoli obě varianty na první pohled mohou působit, že dělají jednu a tutéž věc, liší se v několika zásadních věcech. Zejména pak svou strukturou, škálovatelností, vztahy, jazykem a podporou. Právě tyto kritéria jsou klíčová pro to, abychom si dokázali vybrat ten správný nástroj pro tvorbu a správu databáze.

Co je to SQL?

Strukturovaný dotazovací jazyk (SQL) je programovací jazyk, který umožňuje technickým i netechnickým uživatelům zadávat dotazy, manipulovat a měnit data v relační databázi.

Databáze SQL jsou uspořádané do sloupců a řádků v tabulce. K tomu používají relační model, který nejlépe pracuje s dobře definovanými a strukturovanými daty, jako jsou názvy a množství, a mezi nimiž existují vztahy k různým entitám. V rámci databáze SQL jsou tabulky propojeny prostřednictvím „cizích klíčů“, které vytvářejí spojení mezi různými tabulkami a poli (například mezi zákazníky a objednávkami).

SQL databáze jsou vertikálně škálovatelné, což znamená, že maximální zatížení se dá rozšířit přidáním dalších úložných komponentů, jako je paměť RAM nebo SSD. V některých případech to může znamenat, že databáze SQL jsou omezeny zdroji dostupnými na serveru, avšak cloudová úložiště a další technologie dokáží zajistit větší škálovatelnost.

Jak funguje relační databáze?

Databáze SQL jsou cenným nástrojem při zpracování strukturovaných dat nebo informacemi, které mají vztahy mezi proměnnými a entitami. Pojďme si přiblížit jednotlivé vlastnosti tohoto řešení.

Škálovatelnost

Obecně se dá databáze SQL škálovat vertikálně. To znamená, že můžeme zvýšit zatížení serveru přechodem na větší, s lepším výpočetním výkonem, paměťmi RAM či vyšší kapacitou SSD. Vertikální škálovatelnost se sice používá nejčastěji, ale databáze SQL se dají škálovat i horizontálně pomocí shardingu nebo logického partitioningu, ačkoliv podpora není zcela dostatečná.

Struktura

Schéma databáze SQL organizuje data relačně, pomocí tabulek se sloupci, atributy a řádky se záznamy. Protože SQL pracuje se striktně předdefinovaným schématem, vyžaduje, aby uspořádání a strukturování dat bylo promyšleno před zahájením práce s databází.

Vlastnosti

Relační databázový systém (RDBMS), který se používá v programovacím jazyce SQL, musí vykazovat čtyři vlastnosti, známé pod zkratkou ACID. Ty zajišťují úspěšné zpracování transakcí a vysokou spolehlivost databáze SQL:

1. Atomicita: Všechny operace musí být úspěšné nebo neúspěšné – nemohou zůstat částečně dokončené, a to ani v případě selhání systému.

2. Konzistence: Jednotlivé operace probíhají v souladu s pravidly: Databáze se jimi řídí, protože ověřují a zabraňují poškození dat v každém kroku.

3. Izolace: Souběžné operace se nemohou navzájem ovlivňovat.

4. Trvanlivost: Operace jsou dokončené a ani selhání systému nedokáže vrátit proběhlé změny.

Podpora

Protože databáze SQL mají dnes dlouhou historii, existuje kolem ní velká komunita uživatelů. Díky tomu je na internetu k dispozici celá řada stabilních kódových základen. K ruce je mnoho odborníků na podporu SQL a programování relačních dat.

Kdy se vyplatí SQL?

SQL je dobrou volbou při práci s daty, které spolu souvisí. Relační databáze jsou efektivní, flexibilní a dobře přístupné pro jakoukoli aplikaci. Výhodou je, že když jeden uživatel aktualizuje určitý záznam, každá instance databáze se automaticky obnoví a zároveň jsou informace poskytovány v reálném čase.

Jazyk SQL a relační databáze umožňují snadno zpracovávat velké množství informací, škálovat je podle potřeby a nabízejí flexibilní přístup k datům (například potřebujete aktualizovat data pouze jednou, namísto změny několika souborů). Také je velmi vhodný pro posuzování integrity dat. Vzhledem k tomu, že každá informace je uložena na jediném místě, odpadá tak problém s dohledáváním v předchozích verzích.

Většina velkých technologických společností používá SQL, včetně společností Uber, Netflix a Airbnb. Dokonce i velké společnosti jako Google, Facebook a Amazon, které si vytvářejí vlastní databázové systémy, používají SQL k dotazování a analýze dat.

4 nejlepší databáze SQL, které jsou k dispozici

PostgreSQL je open-source systém pro správu databází, který je známý svým vysokým výkonem, spolehlivostí a flexibilitou. Často se používá při vývoji webových stránek a jde o oblíbenou volbu mnoha vývojářů.

MySQL je taktéž open-source systém pro správu databází. Často se používá při vývoji webových stránek a je známý svým vysokým výkonem a spolehlivostí. MySQL je poměrně snadný na používání, a proto je s ním spojena velká komunita uživatelů, díky čemuž je jasnou volbou pro mnoho vývojářů.

Microsoft SQL Server je komerční systém pro správu databází. Populární je u mnoha společností díky svému vysokému výkonu, zabezpečení, škálovatelností a nabízí širokou paletu funkcí a nástrojů pro správu a analýzu dat.

Oracle je další populární komerční systém pro správu databází, který používá celá řada organizací. Jeho přednostmi jsou vysoká rychlost, flexibilita, bezpečnost a také poskytuje řadu nástrojů pro efektivní práci s daty a jejich vyhodnocováním.

Co je NoSQL?

NoSQL se používá pro nerelační databáze, které ukládají data jiným způsobem, než tomu je u těch relačních. Zatímco SQL vyniká svým použitím pro strukturovaná data, NoSQL je vhodné jak pro strukturovaná, tak částečně strukturovaná i nestrukturovaná data.

V důsledku toho se databáze NoSQL neřídí pevným schématem, ale mají flexibilní struktury, které se přizpůsobují jednotlivým datovým typům. K dotazování se dají používat různé jazyky, anebo nejsou vůbec potřeba.

Databáze NoSQL jsou horizontálně škálovatelné, což znamená, že využívají více uzlů v clusteru, aby efektivně zvládly zvýšené pracovní zatížení. To umožňuje datovým architektům jednoduše škálovat tak, že doplní clustery o další servery.

Jak funguje NoSQL

Databáze založené na NoSQL dokáže pracovat s různými datovými strukturami. Umožňuje použití dynamického schématu pro nestrukturovaná data, a proto není potřeba předem plánovat a organizovat strukturu. Databáze NoSQL umožňují přidávat nové atributy a pole a také používat různorodou syntaxi napříč databázemi.

Škálovatelnost

Databáze NoSQL se lépe škálují horizontálně, což znamená, že se dají podle potřeby přidávat další servery nebo uzly a následně se navyšuje případná zátěž.

Struktura

Databáze NoSQL nejsou relační, takže neukládají data výhradně do řádků a tabulek. Místo toho se obecně dělí na jeden ze čtyř typů struktur:

1. Sloupcová, kde jsou data uložena v buňkách seskupených do prakticky neomezeného počtu sloupců, nikoli řádků.

2. Úložiště typu klíč-hodnota, které jako datový model používají asociativní pole (známé také jako slovník nebo mapa). Tento model představuje data jako kolekci dvojic klíč-hodnota.

3. Úložiště dokumentů, jež používají dokumenty k uchovávání a kódování dat ve standardních formátech, včetně XML, YAML, JSON (JavaScript Object Notation) a BSON. Výhodou je, že dokumenty v rámci jedné databáze mohou mít různé datové typy.

4. Grafové databáze převádí data do grafu, který ukazuje, jak spolu různé sady dat souvisejí. Příkladem grafových databází jsou Neo4j, RedisGraph (grafový modul zabudovaný do Redisu) a OrientDB.

Vlastnosti

Zatímco SQL vyžaduje vlastnosti ACID, NoSQL se řídí teorií CAP (i když některé databáze NoSQL – například DB2 od IBM, MongoDB, DynamoDB od AWS a CouchDB od Apache – se mohou také integrovat a řídit se pravidly ACID).

• Konzistence: Každý požadavek obdrží buď nejnovější výsledek, nebo chybu
• Dostupnost: Každý požadavek má bezchybný výsledek.
• Tolerance rozdělení: Jakékoli zpoždění nebo ztráty mezi uzly nepřerušují provoz systému.

Podpora

Ačkoli se NoSQL rychle ujal, má menší komunitu uživatelů, a proto i menší podporu. Uživatelé NoSQL mohou těžit ze systémů s otevřeným zdrojovým kódem.

Kdy se vyplatí NoSQL?

Použití NoSQL databáze je vhodné, pokud je klíčová rychlost, s jakou je dostupný velký objem dat. Skvělou volbou je také ve chvíli, kdy potřebujeme škálovat kvůli rychle se měnícím požadavkům. Vyniká především tím, že se dá snadno používat, je flexibilní a také nabízí vysoký výkon.

NoSQL také využijeme v případě velkého množství (nebo neustále se měnících) datových sad, a to při práci s flexibilními datovými modely, které se nevejdou do relačního modelu.  Škálovatelnost je významnou předností databází NoSQL. Díky vestavěnému shardingu splňuje požadavky na vysokou dostupnost horizontálního škálování.

Mezi velké společnosti, které používají systémy NoSQL, protože jsou závislé na velkých objemech dat, pro něž se relační databáze nehodí, patří Amazon, Google a Netflix. Obecně platí, že čím rozsáhlejší je datová sada, tím spíše je NoSQL lepší volbou.

4 nejlepší databáze pro NoSQL, které se vyplatí používat

MongoDB je dokumentově orientovaná databáze NoSQL, která se používá pro ukládání velkých objemů dat. Pracuje s dokumenty podobnými JSON s dynamickými schématy, což usnadňuje a urychluje integraci dat do aplikací.

Cassandra je distribuovaný databázový systém NoSQL, jenž je vysoce škálovatelný a určený pro správu velkých objemů strukturovaných dat. Poskytuje vynikající dostupnost, a to bez jediného bodu selhání a lineární škálovatelnosti.

DynamoDB je plně spravovatelná databáze NoSQL a je navržena tak, aby poskytovala vysoký výkon a škálovatelnost s minimální správou bez výpadků. Díky svému flexibilnímu datovému modelu umožňuje vývojářům ukládat strukturovaná, polostrukturovaná i nestrukturovaná data ve snadno přístupném formátu, který lze rychle prohledávat. DynamoDB také poskytuje vestavěné funkce zabezpečení, jako je šifrování a seznamy řízení přístupu (ACL).

Databáze HBase se může pochlubit různými možnostmi, které jsou v ní obsaženy: HBase je distribuovaný databázový systém NoSQL s otevřeným zdrojovým kódem, který běží na souborovém systému Apache Hadoop. Poskytuje náhodný přístup k velkým datům pro čtení a zápis v reálném čase a je vhodný pro aplikace, které potřebují přístup s nízkou latencí, jako jsou například online hry nebo mobilní aplikace.

SQL, nebo NoSQL?

Rozhodně se jednoduše nedá říct, proč si zvolit jedno, nebo druhé řešení. Jako odborníci na databáze musíme zohlednit jednotlivá kritéria, která jsou důležitá pro potřebu správy databází a dat. Díky tomu dostaneme odpověď na to, zdali je pro potřeby našeho projektu vhodnější SQL, nebo NoSQL.