7 типов современных баз данных: предназначение, достоинства и недостатки

Артём Гогин

руководитель направления в хранилище данных в Сбербанке

Существуют сотни баз данных SQL и NoSQL. Одни популярны, другие игнорируются. Некоторые просты и хорошо документированы, а некоторые сложны в использовании. Одни имеют открытый код, а другие проприетарные. Что, возможно, наиболее важно, некоторые масштабируемы, оптимизированы, высокодоступны, а некоторые сложно масштабировать или поддерживать.

Возникает естественный вопрос: какую базу данных выбрать? Чтобы ответить на него, мы должны решить, чего мы хотим достичь с помощью базы данных. Чтобы составить представление, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Нужен ли нам аналитический доступ к базе данных?
2. Нужно ли нам писать или читать в реальном времени?
3. Сколько таблиц / записей мы хотим сохранить?
4. Какая доступность нам нужна?
5. Нужны ли нам столбцы?
6. Сможем ли мы получить доступ к таблицам, отфильтрованным по столбцам или по строкам?

Принимая решение, нужно помнить, что может предложить та или иная база данных. Специфика каждой БД может отличаться, но в целом существует только несколько типов, в рамках которых мы можем достичь в основном одинаковых целей. Рассмотрим их подробнее.

Реляционные базы данных SQL

Если вы когда-либо работали с базами данных, скорее всего, вы начали с этого типа, потому что он самый популярный и распространенный. Такие БД позволяют хранить данные в реляционных таблицах с определенными столбцами определенного типа. Реляционные таблицы хороши для нормализации и объединения.

Достоинства:

• Поддержка SQL
• ACID-транзакции (атомарность, согласованность, изоляция и долговечность)
• Поддержка индексации и разделения

Недостатки:

• Плохая поддержка неструктурированных данных / сложных типов
• Плохая оптимизация обработки событий
• Сложное / дорогое масштабирование

Примеры: Oracle DB, MySQL, PostgreSQL.

Документно-ориентированные базы данных

Если мы не хотим объединять несколько таблиц для получения нужных данных, мы можем взглянуть на документно-ориентированные базы данных. Они позволяют хранить записи в формате JSON. В этом формате мы можем создать сложное значение для любого ключа и сразу включить всю структуру данных в одну запись.

Достоинства:

• Нет привязки к схеме
• Нет необходимости всегда писать все поля в каждой записи
• Хорошая поддержка сложных типов
• Подходит для OLTP

Недостатки:

• Плохая поддержка транзакций
• Слабая аналитическая поддержка
• Сложное / дорогое масштабирование

Примеры: MongoDB.

Базы данных в оперативной памяти

Базы данных этого типа могут предоставлять в реальном времени ответ для выбора и вставки определенных записей. Большинство из них в основном хранят данные в ОЗУ, но в некоторых случаях они также предлагают постоянное хранилище на жестких дисках или твердотельных накопителях. Большинство этих баз данных работают с записями «ключ-значение», поэтому значения можно запоминать в формате, ориентированном на документы. Но некоторые базы данных также работают со столбцами и позволяют вторичное индексирование той же таблицы. Использование ОЗУ позволяет обрабатывать данные быстро, но делает их более нестабильными и дорогостоящими.

Достоинства:

• Быстрое написание
• Быстрое чтение

Недостатки:

• Труднодостижимая надёжность
• Дорогое масштабирование

Примеры: Redis, Tarantool, Apache Ignite.

Базы данных с широкими столбцами

Эти базы данных хранят данные в виде записей ключ / значение на жестком диске или твердотельном накопителе. Эти решения предназначены для достаточно хорошего масштабирования, чтобы управлять петабайтами данных на тысячах общих серверов в распределенной системе. Они представляют архитектуру SSTable. Эта архитектура была разработана для двух случаев использования: быстрый доступ к ключу и быстрая запись с высокой доступностью.

Достоинства:

• Быстрая запись построчно
• Быстрое чтение по ключу
• Хорошая масштабируемость
• Высокая доступность

Недостатки:

• Формат «ключ-значение»
• Нет поддержки аналитики

Примеры: Cassandra, HBase.

Столбчатые базы данных

Иногда нам нужно быстро получить доступ к данным не с помощью определенных ключей, а с помощью определенных столбцов. В этом случае лучше отказаться от построчной вставки и перейти к пакетной записи. Пакетная вставка позволяет столбчатым базам данных готовить данные для быстрого чтения по столбцам.

Достоинства:

• Быстрое чтение столбец за столбцом
• Хорошая аналитическая поддержка
• Хорошая масштабируемость

Недостатки:

• Подходит только для пакетных вставок

Примеры: Vertica, Clickhouse.

Поисковая система

Если мы хотим получить доступ к данным с помощью фильтра по любому значению и даже по любому слову в столбце, мы должны вспомнить про поисковые системы. Эти базы данных выполняют индексацию каждого слова в столбцах и позволяют выполнять полнотекстовый поиск. Они идеально подходят для хранения и анализа журналов или больших текстовых значений.

Достоинства:

• Быстрый доступ по любому слову
• Хорошая масштабируемость

Недостатки:

• Подходит только для пакетных вставок
• Плохая аналитическая поддержка

Примеры: Elastic.

Графовые базы данных

Для некоторых случаев подходят графовые структуры данных. Если ваши задачи требуют работы с графами, существуют специальные базы данных, которые удовлетворят ваши потребности.

Достоинства:

• Структура данных графа
• Управляемые отношения между сущностями
• Гибкие конструкции

Недостатки:

• Специальный язык запросов
• Трудно масштабировать

Примеры: Neo4j.

Выводы

Практически любую задачу можно выполнить практически с любым типом базы данных. Вопрос в том, насколько это будет дорого и оптимизировано. Выбор инструмента, к которому вы привыкли, может сократить ваше время вывода на рынок. Но он также может стоить вам огромных денег на обслуживание и расширение вашего оборудования, которое может быть использовано неэффективно. Всегда старайтесь использовать базу данных так, как она задумана. Возможно, решение, соответствующее вашим потребностям, уже существует.

Если вы готовитесь к собеседованию, посмотрите также статью, в которой собраны 27 распространённых вопросов по SQL и ответы на них.