Khi nói đến việc lưu trữ và quản lý dữ liệu khổng lồ trong thời đại kỹ thuật số, các cơ sở dữ liệu truyền thống đôi khi gặp phải những hạn chế về hiệu suất và tính linh hoạt. Đây là lý do tại sao MongoDB, một cơ sở dữ liệu NoSQL hướng tài liệu, đã trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều tổ chức trên toàn thế giới. Để hiểu rõ hơn về cách MongoDB hoạt động và những tính năng nổi bật của nó, chúng ta sẽ cùng Asiasoft đi sâu vào phân tích cơ chế hoạt động và các đặc điểm chính của hệ thống này.

1. MongoDB là gì?

MongoDB là một cơ sở dữ liệu hướng tài liệu nguồn mở được thiết kế để lưu trữ quy mô lớn dữ liệu và cũng cho phép bạn làm việc với dữ liệu đó rất hiệu quả. Nó được phân loại theo cơ sở dữ liệu NoSQL (Không chỉ SQL) vì việc lưu trữ và truy xuất dữ liệu trong MongoDB không ở dạng bảng.

Cơ sở dữ liệu MongoDB được MongoDB.Inc phát triển và quản lý theo SSPL (Giấy phép Công cộng Phía Máy chủ) và được phát hành lần đầu vào tháng 2 năm 2009. Nó cũng cung cấp hỗ trợ trình điều khiển chính thức cho tất cả các ngôn ngữ phổ biến như C, C++, C# và.Net, Go, Java, Node.js, Perl, PHP, Python, Motor, Ruby, Scala, Swift, Mongoid. Vì vậy, bạn có thể tạo một ứng dụng bằng bất kỳ ngôn ngữ nào trong số này. Ngày nay có rất nhiều công ty sử dụng MongoDB như Facebook, Nokia, eBay, Adobe, Google, v.v. để lưu trữ lượng dữ liệu lớn của họ.

2. Hoạt động của MongoDB

MongoDB là một máy chủ cơ sở dữ liệu và dữ liệu được lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu này. Hay nói cách khác, môi trường MongoDB cung cấp cho bạn một máy chủ mà bạn có thể khởi động và sau đó tạo nhiều cơ sở dữ liệu trên đó bằng MongoDB.

Do cơ sở dữ liệu NoSQL của nó nên dữ liệu được lưu trữ trong các bộ sưu tập và tài liệu. Do đó cơ sở dữ liệu, bộ sưu tập và tài liệu có liên quan với nhau như dưới đây:

• Cơ sở dữ liệu MongoDB chứa các bộ sưu tập giống như cơ sở dữ liệu MYSQL chứa các bảng. Bạn được phép tạo nhiều cơ sở dữ liệu và nhiều bộ sưu tập.
• Bây giờ bên trong bộ sưu tập chúng ta có tài liệu. Các tài liệu này chứa dữ liệu chúng tôi muốn lưu trữ trong cơ sở dữ liệu MongoDB và một bộ sưu tập có thể chứa nhiều tài liệu và bạn không có lược đồ, nghĩa là không cần thiết tài liệu này phải giống với tài liệu khác.
• Các tài liệu được tạo bằng cách sử dụng các trường. Các trường là các cặp khóagiá trị trong tài liệu, nó giống như các cột trong cơ sở dữ liệu quan hệ. Giá trị của các trường có thể thuộc bất kỳ loại dữ liệu BSON nào như double, string, boolean,…
• Dữ liệu được lưu trữ trong MongoDB có định dạng tài liệu BSON. Ở đây, BSON là viết tắt của biểu diễn nhị phân của tài liệu JSON. Hay nói cách khác, trong phần phụ trợ, máy chủ MongoDB chuyển đổi dữ liệu JSON thành dạng nhị phân được gọi là BSON và BSON này được lưu trữ và truy vấn hiệu quả hơn.
• Trong tài liệu MongoDB, bạn được phép lưu trữ dữ liệu lồng nhau. Việc lồng dữ liệu này cho phép bạn tạo các mối quan hệ phức tạp giữa dữ liệu và lưu trữ chúng trong cùng một tài liệu, điều này giúp cho việc làm việc và tìm nạp dữ liệu cực kỳ hiệu quả so với SQL. Trong SQL, bạn cần viết các phép nối phức tạp để lấy dữ liệu từ bảng 1 và bảng 2. Kích thước tối đa của tài liệu BSON là 16MB

LƯU Ý: Trong máy chủ MongoDB, bạn được phép chạy nhiều cơ sở dữ liệu.

3. Sự khác biệt giữa MongoDB và RDBMS?

Một số khác biệt chính giữa MongoDB và RDBMS như sau:

4. Tính năng phổ biến của MongoDB

4.1. Cơ sở dữ liệu không có lược đồ

Đây là tính năng tuyệt vời được cung cấp bởi MongoDB. Cơ sở dữ liệu không có lược đồ có nghĩa là một bộ sưu tập có thể chứa nhiều loại tài liệu khác nhau trong đó. Hay nói cách khác, trong cơ sở dữ liệu MongoDB, một bộ sưu tập có thể chứa nhiều tài liệu và những tài liệu này có thể bao gồm số lượng trường, nội dung và kích thước khác nhau. Không nhất thiết tài liệu này phải giống với tài liệu khác như trong cơ sở dữ liệu quan hệ. Nhờ tính năng thú vị này, MongoDB cung cấp tính linh hoạt cao cho cơ sở dữ liệu.

4.2. Định hướng tài liệu

Trong MongoDB, tất cả dữ liệu được lưu trữ trong tài liệu thay vì bảng như trong RDBMS. Trong các tài liệu này, dữ liệu được lưu trữ trong các trường (cặp khóagiá trị) thay vì hàng và cột, điều này giúp dữ liệu linh hoạt hơn nhiều so với RDBMS. Và mỗi tài liệu chứa id đối tượng duy nhất của nó.

4.3. Lập chỉ mục

Trong cơ sở dữ liệu MongoDB, mọi trường trong tài liệu đều được lập chỉ mục bằng các chỉ mục chính và phụ, điều này giúp việc lấy hoặc tìm kiếm dữ liệu từ nhóm dữ liệu trở nên dễ dàng hơn và mất ít thời gian hơn. Nếu dữ liệu không được lập chỉ mục thì cơ sở dữ liệu sẽ tìm kiếm từng tài liệu bằng truy vấn được chỉ định, việc này sẽ mất nhiều thời gian và không hiệu quả.

4.4. Khả năng mở rộng

MongoDB cung cấp khả năng mở rộng theo chiều ngang với sự trợ giúp của sharding. Phân mảnh có nghĩa là phân phối dữ liệu trên nhiều máy chủ, ở đây một lượng lớn dữ liệu được phân chia thành các khối dữ liệu bằng cách sử dụng khóa phân đoạn và các khối dữ liệu này được phân bổ đều trên các phân đoạn nằm trên nhiều máy chủ vật lý. Nó cũng sẽ thêm các máy mới vào cơ sở dữ liệu đang chạy.

4.5. Sao chép

MongoDB cung cấp tính sẵn sàng và dự phòng cao với sự trợ giúp của sao chép, nó tạo ra nhiều bản sao dữ liệu và gửi các bản sao này đến một máy chủ khác để nếu một máy chủ bị lỗi thì dữ liệu sẽ được lấy từ máy chủ khác.

4.6. Tập hợp

Nó cho phép thực hiện các thao tác trên dữ liệu được nhóm và nhận được một kết quả duy nhất hoặc kết quả được tính toán. Nó tương tự như mệnh đề SQL GROUPBY. Nó cung cấp ba cách tổng hợp khác nhau, tức là đường dẫn tổng hợp, chức năng thu nhỏ bản đồ và các phương pháp tổng hợp cho một mục đích

4.7. Hiệu suất cao

Hiệu suất của MongoDB rất cao và tính bền vững của dữ liệu so với cơ sở dữ liệu khác nhờ các tính năng của nó như khả năng mở rộng, lập chỉ mục, sao chép, v.v.

5. Công dụng của MongoDB

MongoDB là một cơ sở dữ liệu NoSQL phổ biến được biết đến nhờ tính linh hoạt, khả năng mở rộng và hiệu suất. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau trong các ngành công nghiệp khác nhau. Dưới đây là một số cách sử dụng phổ biến của MongoDB:

• Hệ thống quản lý nội dung (CMS): Lược đồ linh hoạt và khả năng truy vấn mạnh mẽ của MongoDB khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống quản lý nội dung. Nó có thể xử lý hiệu quả các loại nội dung và cấu trúc đa dạng, hỗ trợ các giải pháp quản lý nội dung linh hoạt và có thể mở rộng.
• Nền tảng thương mại điện tử: Nền tảng thương mại điện tử được hưởng lợi từ khả năng lưu trữ và truy xuất lượng lớn dữ liệu sản phẩm một cách nhanh chóng của MongoDB. Lược đồ linh hoạt của nó hỗ trợ danh mục sản phẩm động, hồ sơ người dùng, giỏ hàng và lịch sử giao dịch.
• Phân tích thời gian thực: MongoDB rất phù hợp cho các ứng dụng phân tích thời gian thực do khả năng truy vấn và nhập dữ liệu hiệu suất cao. Nó có thể xử lý khối lượng lớn dữ liệu trong thời gian thực, lý tưởng cho việc giám sát, phát hiện gian lận và đề xuất được cá nhân hóa.
• Internet of Things (IoT): Các ứng dụng IoT tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ từ các cảm biến và thiết bị. Mô hình dữ liệu linh hoạt và khả năng mở rộng của MongoDB cho phép lưu trữ và xử lý dữ liệu này một cách hiệu quả, cho phép phân tích và ra quyết định theo thời gian thực cho các hệ thống IoT.
• Ứng dụng trò chơi: Ứng dụng trò chơi tạo ra các cấu trúc dữ liệu phức tạp, chẳng hạn như hồ sơ người chơi, điểm số, thành tích và trạng thái trò chơi. Mô hình dựa trên tài liệu của MongoDB cho phép lưu trữ và truy xuất dữ liệu này một cách hiệu quả, hỗ trợ trải nghiệm chơi trò chơi hiệu suất cao.
• Quản lý và phân tích nhật ký: Các tổ chức sử dụng MongoDB để lưu trữ và phân tích dữ liệu nhật ký từ nhiều nguồn khác nhau. Khả năng xử lý khối lượng lớn dữ liệu phi cấu trúc khiến nó trở nên lý tưởng cho việc ghi nhật ký, giám sát và khắc phục sự cố các ứng dụng và cơ sở hạ tầng.
• Quản lý quan hệ khách hàng (CRM): Hệ thống CRM sử dụng MongoDB để quản lý dữ liệu khách hàng, tương tác và quy trình bán hàng. Khả năng xử lý các mối quan hệ phức tạp và dữ liệu phi cấu trúc của nó cho phép các chiến lược thu hút khách hàng được cá nhân hóa và hiệu quả hơn.
• Mạng xã hội: Các ứng dụng mạng xã hội yêu cầu cơ sở dữ liệu có thể xử lý các mối quan hệ phức tạp, nội dung do người dùng tạo và các tương tác trong thời gian thực. Tính linh hoạt và khả năng mở rộng của MongoDB khiến nó trở thành sự lựa chọn tuyệt vời để xây dựng mạng xã hội và nền tảng cộng đồng.
• Ứng dụng dữ liệu lớn: MongoDB được sử dụng trong các ứng dụng dữ liệu lớn nhờ khả năng lưu trữ và xử lý khối lượng lớn các loại dữ liệu đa dạng. Nó tích hợp tốt với các công nghệ dữ liệu lớn như Hadoop và Spark, cho phép phân tích và xử lý dữ liệu nâng cao.
• Hệ thống chăm sóc sức khỏe: Các ứng dụng chăm sóc sức khỏe sử dụng MongoDB để quản lý hồ sơ bệnh nhân, dữ liệu lâm sàng và hình ảnh y tế. Lược đồ linh hoạt của nó cho phép lưu trữ hiệu quả dữ liệu chăm sóc sức khỏe phức tạp, hỗ trợ phân tích dữ liệu và chăm sóc bệnh nhân tốt hơn.

6. Ưu điểm và nhược điểm của MongoDB

6.1. Ưu điểm của MongoDB

• MongoDB là một cơ sở dữ liệu NoSQL không có lược đồ cố định, cho phép linh hoạt trong việc thiết kế và quản lý dữ liệu. Điều này giúp giảm thời gian và công sức trong việc thiết kế lược đồ cơ sở dữ liệu trước khi bắt đầu làm việc.
• Mặc dù MongoDB không hỗ trợ các hoạt động tham gia phức tạp như trong các cơ sở dữ liệu quan hệ truyền thống, nhưng điều này lại mang lại lợi ích về hiệu suất và khả năng mở rộng trong nhiều trường hợp sử dụng.
• MongoDB cung cấp sự linh hoạt đáng kể cho các trường trong tài liệu, cho phép dễ dàng thêm, sửa đổi hoặc xóa các trường mà không ảnh hưởng đến các bản ghi khác.
• Khả năng lưu trữ dữ liệu không đồng nhất là một ưu điểm lớn, phù hợp với các ứng dụng xử lý nhiều loại dữ liệu khác nhau.
• MongoDB nổi tiếng với hiệu suất cao, tính sẵn sàng và khả năng mở rộng, đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng hiện đại đòi hỏi xử lý dữ liệu nhanh chóng và đáng tin cậy.
• Hỗ trợ hiệu quả cho dữ liệu không gian địa lý, mở ra nhiều khả năng cho các ứng dụng dựa trên vị trí và phân tích không gian.
• Là cơ sở dữ liệu định hướng tài liệu, MongoDB lưu trữ dữ liệu trong các tài liệu BSON, cho phép biểu diễn dữ liệu phức tạp một cách tự nhiên và hiệu quả.
• Từ phiên bản 4.0, MongoDB hỗ trợ giao dịch ACID đa tài liệu, mang lại tính nhất quán và độ tin cậy cao cho các ứng dụng yêu cầu tính toàn vẹn dữ liệu nghiêm ngặt.
• MongoDB không yêu cầu các thao tác tiêm SQL, giúp giảm thiểu rủi ro bảo mật liên quan đến các cuộc tấn công tiêm SQL phổ biến trong các cơ sở dữ liệu quan hệ.
• Khả năng tích hợp dễ dàng với các công nghệ Big Data như Hadoop mở ra nhiều cơ hội cho việc phân tích dữ liệu quy mô lớn và xử lý dữ liệu phân tán.

6.2. Nhược điểm của MongoDB

• Nó sử dụng bộ nhớ cao để lưu trữ dữ liệu.
• Bạn không được phép lưu trữ nhiều hơn 16 MB dữ liệu trong tài liệu.
• Việc lồng dữ liệu trong BSON cũng bị hạn chế, bạn không được phép lồng dữ liệu quá 100 cấp độ.

Phần kết luận

MongoDB là cơ sở dữ liệu NoSQL mạnh mẽ và linh hoạt, đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng hiện đại yêu cầu quản lý dữ liệu hiệu suất cao, có thể mở rộng. Thiết kế không có lược đồ, khả năng mở rộng theo chiều ngang và khả năng truy vấn phong phú khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho các nhà phát triển cũng như doanh nghiệp. Hiểu các tính năng và lợi ích của MongoDB có thể giúp các tổ chức xử lý hiệu quả khối lượng dữ liệu lớn và thích ứng với các yêu cầu ngày càng phát triển.