NoSQL базы данных: MongoDB, Redis, Cassandra, DynamoDB

MongoDB

Архитектура

• MongoDB — это документоориентированная NoSQL база данных, где данные хранятся в виде документов, обычно в формате BSON (расширение JSON).
• Структура данных гибкая — каждый документ может иметь свою схему.
• MongoDB использует коллекции для группировки документов. Коллекции аналогичны таблицам в реляционных базах данных, но они не требуют заранее заданной схемы.
• Поддерживает горизонтальное масштабирование через шардирование (разделение данных на части и хранение на разных серверах).

Синтаксис запросов

• Основные операции выполняются через MongoDB Query Language (MQL).
• Запросы формулируются как объекты JSON, что делает их интуитивно понятными.

Создание документа:

Поиск документов:

Обновление документов:

Удаление документов:

Сценарии применения MongoDB

• MongoDB идеально подходит для хранения полуструктурированных или неструктурированных данных.
• Часто используется в приложениях, где данные постоянно изменяются, например, в системах управления контентом, блогах, или для анализа больших объемов данных.
• Гибкость структуры данных и масштабируемость делают MongoDB хорошим выбором для распределенных систем и облачных приложений.

Redis

Архитектура

• Redis — это in-memory база данных ключ-значение с возможностью хранения данных на диске для их постоянства.
• Данные хранятся в оперативной памяти, что обеспечивает очень быструю работу.
• Поддерживает различные структуры данных: строки, списки, множества, хеши, упорядоченные множества и битовые поля.
• Redis также поддерживает механизмы публикации и подписки (Pub/Sub), транзакции и механизм блокировок.

Синтаксис запросов

• Операции Redis выполняются через набор команд, которые взаимодействуют с ключами и значениями.

Создание ключа со значением:

Получение значения по ключу:

Добавление элемента в список:

Инкрементирование ключа:

Удаление ключа:

Сценарии применения Redis

• Redis широко используется для кэширования данных благодаря своей высокой скорости работы.
• Также применяется для хранения сеансов пользователей, очередей задач и в приложениях реального времени (например, чаты, системы оповещений).
• Благодаря поддержке структур данных, Redis может выполнять сложные операции с данными за минимальное время.

Apache Cassandra

Архитектура

• Apache Cassandra — это распределенная колоночная база данных, которая поддерживает горизонтальное масштабирование и отказоустойчивость.
• Основной принцип работы — хранение данных по ключу, где каждая строка может иметь различные столбцы (динамическая схема).
• Поддерживает репликацию данных на нескольких узлах, что гарантирует высокую доступность и отказоустойчивость.
• Масштабируется горизонтально путем добавления новых узлов, что позволяет легко работать с большими объемами данных.

Синтаксис запросов

• Используется собственный язык запросов Cassandra Query Language (CQL) , который похож на SQL.

Создание таблицы:

Добавление данных:

Поиск данных:

Обновление данных:

Удаление данных:

Сценарии применения Cassandra

• Cassandra используется в системах, где важны высокая производительность и отказоустойчивость, таких как IoT, потоковые данные, аналитика.
• Благодаря своей масштабируемости и распределенности, подходит для приложений с большими объемами данных, например, в банкинге, телекоммуникациях, и e-commerce.

DynamoDB

Архитектура

• DynamoDB — это облачная NoSQL база данных от Amazon, которая реализует модель ключ-значение и модель таблиц.
• Полностью управляемая база данных с автоматическим масштабированием, балансировкой нагрузки и резервным копированием.
• Каждая таблица состоит из элементов (аналог строк), которые хранят пары ключ-значение и могут содержать вложенные структуры (например, списки или хэши).
• DynamoDB использует автоскейлинг, что позволяет динамически регулировать емкость чтения и записи.

Синтаксис запросов

Запросы в DynamoDB выполняются через DynamoDB API, но также поддерживается язык запросов PartiQL (похож на SQL).

Создание таблицы:

Добавление данных:

Поиск данных:

Обновление данных:

Удаление данных:

Сценарии применения DynamoDB

• DynamoDB часто используется в облачных приложениях с высокой нагрузкой, таких как игры, интернет-магазины, аналитика в реальном времени.
• Применяется в сценариях, требующих высокой скорости записи и чтения данных, а также автоматического масштабирования в зависимости от нагрузки.

Сравнение MongoDB, Redis, Cassandra и DynamoDB

Тип хранилища:

• MongoDB — документно-ориентированная база данных, поддерживающая хранение данных в формате JSON/BSON.
• Redis — база данных типа ключ-значение, использующая структуру данных для быстрой обработки информации в памяти.
• Cassandra — колоночная база данных, предназначенная для обработки больших объемов данных с динамической схемой.
• DynamoDB — гибридная модель базы данных, совмещающая формат ключ-значение и табличную структуру.

Масштабируемость:

• MongoDB — горизонтально масштабируется через шардирование.
• Redis — в основном вертикально масштабируется, с возможностью кластеризации для увеличения производительности.
• Cassandra — также горизонтально масштабируется, поддерживая шардирование для распределения данных.
• DynamoDB — предлагает автоматическое масштабирование под текущую нагрузку.

Скорость обработки данных:

• MongoDB — показывает высокую скорость, но производительность зависит от конфигурации кластера и объема данных.
• Redis — чрезвычайно высокая скорость, так как данные обрабатываются в оперативной памяти.
• Cassandra — также быстрая при работе с большими объемами данных, особенно в аналитических задачах.
• DynamoDB — демонстрирует высокую производительность, которая зависит от интенсивности нагрузки.

Структура данных:

• MongoDB — гибкая структура документов, основанная на JSON/BSON, что позволяет хранить полуструктурированные данные.
• Redis — структура данных ограничена типом ключ-значение, но также поддерживает сложные структуры, такие как списки, множества и хеши.
• Cassandra — использует колоночную структуру с динамической схемой, оптимизированной для аналитических запросов.
• DynamoDB — поддерживает структуру ключ-значение с возможностью вложенных структур, удобную для работы с высоконагруженными приложениями.

Применение:

• MongoDB — используется для хранения полуструктурированных данных, таких как JSON-документы, и подходит для разнообразных веб-приложений.
• Redis — идеален для задач кэширования и приложений реального времени благодаря сверхвысокой скорости работы.
• Cassandra — подходит для аналитики, IoT, и обработки больших объемов данных в распределенных системах.
• DynamoDB — ориентирован на облачные приложения с высокой нагрузкой и автоматическим масштабированием, часто используется в проектах AWS.

Типовая нагрузка:

• MongoDB — оптимизирован для работы со сложными структурами данных и выполнения сложных запросов.
• Redis — справляется с высокочастотными операциями по ключам, требующими минимальной задержки.
• Cassandra — хорошо подходит для чтения и обработки больших объемов данных в распределенной среде.
• DynamoDB — эффективен для высоконагруженных приложений, так как поддерживает автоскейлинг и балансировку нагрузки.