Trong kỷ nguyên số hóa hiện nay, dữ liệu đã trở thành một trong những tài sản quan trọng nhất của doanh nghiệp. Việc lưu trữ và quản lý dữ liệu không chỉ đòi hỏi độ chính xác cao mà còn cần sự linh hoạt và khả năng mở rộng. Đây chính là lý do tại sao cơ sở dữ liệu NoSQL đã nhanh chóng trở thành một lựa chọn ưu việt cho nhiều tổ chức hiện đại. 

Vậy, NoSQL là gì, và tại sao nó lại đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý lượng thông tin khổng lồ? Để hiểu rõ hơn, chúng ta sẽ cùng Asiasoft khám phá những đặc điểm nổi bật và lợi ích mà NoSQL mang lại.

1. Cơ sở dữ liệu NoSQL là gì?

Cơ sở dữ liệu NoSQL, viết tắt của “không chỉ SQL”, dùng để chỉ các cơ sở dữ liệu phi quan hệ sử dụng định dạng không phải dạng bảng để lưu trữ dữ liệu, thay vì trong các bảng quan hệ dựa trên quy tắc như cơ sở dữ liệu quan hệ . Cơ sở dữ liệu NoSQL sử dụng mô hình lược đồ linh hoạt hỗ trợ nhiều loại dữ liệu phi cấu trúc, chẳng hạn như tài liệu, khóa-giá trị, cột rộng, đồ thị,…

Các tổ chức lựa chọn cơ sở dữ liệu NoSQL vì tính linh hoạt, khả năng mở rộng theo chiều ngang và dễ phát triển.

2. Các loại cơ sở dữ liệu NoSQL

NoSQL cung cấp các tùy chọn khác để tổ chức dữ liệu theo nhiều cách. Bằng cách cung cấp các cấu trúc dữ liệu đa dạng, NoSQL có thể được áp dụng cho phân tích dữ liệu, quản lý dữ liệu lớn, mạng xã hội và phát triển ứng dụng di động. NoSQL quản lý thông tin bằng bất kỳ mô hình dữ liệu chính nào sau đây:

2.1. Cơ dở dữ liệu khóa-giá trị

Đây thường được coi là dạng đơn giản nhất của cơ sở dữ liệu NoSQL. Mô hình dữ liệu không có lược đồ này được tổ chức thành một từ điển gồm các cặp khóa-giá trị, trong đó mỗi mục có một khóa và một giá trị. Khóa có thể giống như một thứ tương tự được tìm thấy trong cơ sở dữ liệu SQL, như ID giỏ hàng, trong khi giá trị là một mảng dữ liệu, như từng mục riêng lẻ trong giỏ hàng của người dùng đó. 

Nó thường được sử dụng để lưu trữ đệm và lưu trữ thông tin phiên của người dùng, chẳng hạn như giỏ hàng. Tuy nhiên, nó không lý tưởng khi bạn cần kéo nhiều bản ghi cùng một lúc. 

2.2. Cơ dở dữ liệu tài liệu

Như tên gọi gợi ý, cơ sở dữ liệu tài liệu lưu trữ dữ liệu dưới dạng tài liệu. Chúng có thể hữu ích trong việc quản lý dữ liệu bán cấu trúc và dữ liệu thường được lưu trữ ở định dạng JSON, XML hoặc BSON. Điều này giúp dữ liệu được giữ nguyên khi sử dụng trong các ứng dụng, giảm lượng bản dịch cần thiết để sử dụng dữ liệu. Các nhà phát triển cũng có được nhiều tính linh hoạt hơn vì lược đồ dữ liệu không cần phải khớp giữa các tài liệu (ví dụ: name so với first_name). 

Tuy nhiên, điều này có thể gây ra vấn đề đối với các giao dịch phức tạp, dẫn đến hỏng dữ liệu. Các trường hợp sử dụng phổ biến của cơ sở dữ liệu tài liệu bao gồm hệ thống quản lý nội dung và hồ sơ người dùng. 

2.3. Cơ dở dữ liệu cột 

Các cơ sở dữ liệu này lưu trữ thông tin theo cột, cho phép người dùng chỉ truy cập vào các cột cụ thể mà họ cần mà không cần phân bổ thêm bộ nhớ cho dữ liệu không liên quan. Cơ sở dữ liệu này cố gắng giải quyết những thiếu sót của kho lưu trữ khóa-giá trị và tài liệu, nhưng vì nó có thể là một hệ thống phức tạp hơn để quản lý, nên không được khuyến khích sử dụng cho các nhóm và dự án mới hơn. 

Apache HBase và Apache Cassandra là những ví dụ về cơ sở dữ liệu mã nguồn mở, cột rộng. Apache HBase được xây dựng trên Hadoop Distributed Files System cung cấp một cách lưu trữ các tập dữ liệu thưa thớt, thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng dữ liệu lớn. Mặt khác, Apache Cassandra được thiết kế để quản lý lượng dữ liệu lớn trên nhiều máy chủ và cụm trải dài trên nhiều trung tâm dữ liệu. Nó đã được sử dụng cho nhiều trường hợp sử dụng khác nhau, chẳng hạn như các trang web mạng xã hội và phân tích dữ liệu thời gian thực.

2.4. Cơ dở dữ liệu đồ thị

Loại cơ sở dữ liệu này thường chứa dữ liệu từ biểu đồ kiến thức. Các phần tử dữ liệu được lưu trữ dưới dạng các nút, cạnh và thuộc tính. Bất kỳ đối tượng, địa điểm hoặc người nào cũng có thể là một nút. Một cạnh xác định mối quan hệ giữa các nút. Ví dụ, một nút có thể là một khách hàng, như IBM, và một cơ quan như Ogilvy. Một cạnh sẽ phân loại mối quan hệ là mối quan hệ khách hàng giữa IBM và Ogilvy.

Cơ sở dữ liệu đồ thị được sử dụng để lưu trữ và quản lý mạng lưới kết nối giữa các phần tử trong đồ thị.  Neo4j (liên kết nằm bên ngoài ibm.com), một dịch vụ cơ sở dữ liệu dựa trên đồ thị dựa trên Java với phiên bản cộng đồng nguồn mở, nơi người dùng có thể mua giấy phép cho sao lưu trực tuyến và tiện ích mở rộng có tính khả dụng cao hoặc phiên bản được cấp phép đóng gói trước có sao lưu và tiện ích mở rộng đi kèm.

2.5. Lưu trữ trong bộ nhớ

Với loại cơ sở dữ liệu này, như IBM solidDB, dữ liệu nằm trong bộ nhớ chính thay vì trên đĩa, giúp truy cập dữ liệu nhanh hơn so với cơ sở dữ liệu thông thường dựa trên đĩa.

3. Tại sao nên sử dụng cơ sở dữ liệu NoSQL?

Trải nghiệm của khách hàng đã nhanh chóng trở thành yếu tố cạnh tranh quan trọng nhất và đưa thế giới kinh doanh vào kỷ nguyên thay đổi to lớn. Là một phần của cuộc cách mạng này, các doanh nghiệp đang tương tác kỹ thuật số không chỉ với khách hàng của họ mà còn với nhân viên, đối tác, nhà cung cấp và thậm chí là sản phẩm của họ ở quy mô chưa từng có. 

Tương tác này được hỗ trợ bởi internet và các công nghệ khác của thế kỷ 21 và cốt lõi của cuộc cách mạng NoSQL là dữ liệu lớn, đám mây, thiết bị di động, phương tiện truyền thông xã hội và các ứng dụng IoT của công ty.

Những ứng dụng này khác với các ứng dụng doanh nghiệp cũ như ERP, HR và kế toán tài chính như thế nào? Các ứng dụng web, di động và IoT ngày nay có chung một hoặc nhiều các đặc điểm sau: 

• Hỗ trợ số lượng lớn người dùng đồng thời (hàng chục nghìn, thậm chí hàng triệu)
• Cung cấp trải nghiệm phản hồi cao cho cơ sở người dùng phân bố trên toàn cầu
• Luôn sẵn sàng không có thời gian chết
• Xử lý dữ liệu bán cấu trúc và phi cấu trúc
• Nhanh chóng thích ứng với các yêu cầu thay đổi với các bản cập nhật thường xuyên và các tính năng mới

Xây dựng và chạy các ứng dụng tương tác lớn này đã tạo ra một bộ yêu cầu công nghệ mới. Kiến trúc công nghệ NoSQL doanh nghiệp mới cần phải linh hoạt hơn bao giờ hết và đòi hỏi một cách tiếp cận quản lý dữ liệu thời gian thực có thể đáp ứng các mức độ chưa từng có về quy mô, tốc độ và tính biến đổi dữ liệu. Cơ sở dữ liệu quan hệ không thể đáp ứng các yêu cầu mới này và do đó các doanh nghiệp đang chuyển sang các loại cơ sở dữ liệu NoSQL.

4. Năm xu hướng tạo ra những thách thức kỹ thuật mới mà NoSQL DB giải quyết

Nhiều công ty, bao gồm cả những công ty này, đang chuyển sang sử dụng NoSQL do năm xu hướng kỹ thuật đặt ra thách thức quá lớn cho phần lớn cơ sở dữ liệu quan hệ.

5. Ví dụ về cơ sở dữ liệu NoSQL

Nhiều công ty đã tham gia vào bối cảnh NoSQL. Ngoài những công ty được đề cập ở trên, sau đây là một số cơ sở dữ liệu NoSQL phổ biến:

• Apache CouchDB, một cơ sở dữ liệu mã nguồn mở dựa trên tài liệu JSON sử dụng JavaScript làm ngôn ngữ truy vấn.
• Elasticsearch, một cơ sở dữ liệu dựa trên tài liệu bao gồm công cụ tìm kiếm toàn văn.
• Couchbase, một cơ sở dữ liệu khóa-giá trị và tài liệu giúp các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng linh hoạt và phản hồi nhanh chóng cho điện toán đám mây, di động và biên.

6. Ưu điểm của NoSQL

Mỗi loại NoSQL đều có những điểm mạnh giúp chúng tốt hơn cho các trường hợp sử dụng cụ thể. Tuy nhiên, tất cả chúng đều có những lợi thế sau dành cho các nhà phát triển và tạo ra khuôn khổ để cung cấp dịch vụ tốt hơn cho khách hàng, bao gồm:

• Hiệu quả về chi phí: Việc duy trì RDBMS thương mại cao cấp rất tốn kém. Chúng đòi hỏi phải mua giấy phép, trình quản lý cơ sở dữ liệu được đào tạo và phần cứng mạnh mẽ để mở rộng theo chiều dọc. Cơ sở dữ liệu NoSQL cho phép bạn mở rộng nhanh theo chiều ngang, phân bổ tài nguyên tốt hơn để giảm thiểu chi phí.
• Tính linh hoạt: Khả năng mở rộng theo chiều ngang và mô hình dữ liệu linh hoạt cũng có nghĩa là NoSQL có thể xử lý khối lượng lớn dữ liệu thay đổi nhanh chóng, rất phù hợp cho phát triển nhanh, lặp lại nhanh và đẩy mã thường xuyên.
• Sao chép: Chức năng sao chép NoSQL sao chép và lưu trữ dữ liệu trên nhiều máy chủ. Sao chép này cung cấp độ tin cậy của dữ liệu, đảm bảo truy cập trong thời gian ngừng hoạt động và bảo vệ chống mất dữ liệu nếu máy chủ ngoại tuyến.
• Tốc độ: NoSQL cho phép lưu trữ và xử lý nhanh hơn, linh hoạt hơn cho tất cả người dùng, từ nhà phát triển đến nhóm bán hàng đến khách hàng. Tốc độ cũng làm cho cơ sở dữ liệu NoSQL nói chung phù hợp hơn với các ứng dụng web hiện đại, phức tạp, trang web thương mại điện tử hoặc ứng dụng di động.

Nói một cách ngắn gọn, cơ sở dữ liệu NoSQL cung cấp hiệu suất, tính khả dụng và khả năng mở rộng cao.

7. Các trường hợp sử dụng NoSQL

Cấu trúc và loại NoSQL bạn chọn sẽ phụ thuộc vào cách tổ chức của bạn dự định sử dụng nó. Sau đây là một số cách sử dụng cụ thể cho các loại cơ sở dữ liệu NoSQL khác nhau.

• Quản lý mối quan hệ dữ liệu: Quản lý tổng hợp dữ liệu phức tạp và mối quan hệ giữa các điểm này thường được xử lý bằng cơ sở dữ liệu NoSQL dựa trên đồ thị. Điều này bao gồm các công cụ đề xuất, đồ thị kiến thức, ứng dụng phát hiện gian lận và mạng xã hội, nơi kết nối được thực hiện giữa mọi người bằng nhiều loại dữ liệu khác nhau.
• Hiệu suất độ trễ thấp: Trò chơi, ứng dụng thể dục tại nhà và công nghệ quảng cáo đều yêu cầu thông lượng cao để quản lý dữ liệu theo thời gian thực. Cơ sở hạ tầng này cung cấp giá trị lớn nhất cho người tiêu dùng, cho dù đó là cập nhật đấu thầu thị trường hay trả về các quảng cáo có liên quan nhất. Các ứng dụng web yêu cầu cơ sở dữ liệu NoSQL trong bộ nhớ để cung cấp thời gian phản hồi nhanh và quản lý các đột biến trong việc sử dụng mà không có độ trễ có thể xảy ra với lưu trữ đĩa.
• Mở rộng quy mô và khối lượng dữ liệu lớn: Thương mại điện tử đòi hỏi khả năng quản lý các đợt tăng đột biến lớn về mức sử dụng, cho dù là đợt giảm giá một ngày hay mùa mua sắm lễ hội. Cơ sở dữ liệu giá trị khóa thường được sử dụng trong các ứng dụng thương mại điện tử vì cấu trúc đơn giản của nó dễ dàng mở rộng quy mô trong thời gian có lưu lượng truy cập lớn. Sự linh hoạt này rất có giá trị đối với các ứng dụng trò chơi, công nghệ quảng cáo và Internet vạn vật (IoT).

Kết luận

Cơ sở dữ liệu NoSQL đã mở ra một kỷ nguyên mới trong việc quản lý dữ liệu, đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của các doanh nghiệp hiện đại. Với khả năng linh hoạt, mở rộng quy mô và xử lý dữ liệu khổng lồ một cách nhanh chóng, NoSQL không chỉ là một sự thay thế mà còn là một bước tiến vượt bậc so với các cơ sở dữ liệu truyền thống. 

Từ việc hỗ trợ các ứng dụng có số lượng người dùng lớn, đến việc quản lý dữ liệu phi cấu trúc và tương tác trong thời gian thực, NoSQL đang trở thành lựa chọn hàng đầu cho các doanh nghiệp muốn duy trì sự cạnh tranh trong môi trường kỹ thuật số đầy thách thức. Sự đa dạng về loại hình và tính năng của các NoSQL mang đến cho các nhà phát triển nhiều công cụ mạnh mẽ để xây dựng các giải pháp phù hợp, tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao trải nghiệm người dùng.

Trong tương lai, NoSQL sẽ tiếp tục phát triển và đóng vai trò quan trọng trong việc định hình cách chúng ta quản lý và khai thác dữ liệu.