SQL با NoSQL چه تفاوت هایی دارد؟ هر کدام برای چه کاربردی مناسبترند؟

در دنیای پایگاه‌های داده، دو دسته اصلی وجود دارند. این دسته ها شامل SQL (Structured Query Language) و NoSQL (Not Only SQL) می شوند. هر کدام از این دسته‌ها ویژگی‌ها و قابلیت‌های خاص خود را دارند و برای کاربردهای مختلفی مناسب هستند. در این مقاله، تفاوت های اساسی بین SQL و NoSQL را بررسی می‌کنیم و به بررسی کاربردهای هر کدام می‌پردازیم.

تفاوت SQL با NoSQL در ساختار داده

تفاوت اصلی بین SQL و NoSQL در ساختار داده‌ها و نحوه ذخیره‌سازی آنها است. در ادامه، به توضیح این تفاوت‌ها می‌پردازم:

SQL (Structured Query Language)

SQL برای ذخیره‌سازی داده‌ها از ساختار داده‌های رابطه‌ای استفاده می‌کند. در SQL، داده‌ها در جداول (Tables) ذخیره می‌شوند، که هر جدول شامل سطرها (Rows) و ستون‌ها (Columns) است. این ساختار داده‌ها به عنوان یک رابطه (Relation) شناخته می‌شود و به همین دلیل SQL به عنوان یک پایگاه داده رابطه‌ای (Relational Database) شناخته می‌شود.

در SQL، برای ایجاد، خواندن، به روزرسانی و حذف داده‌ها از دستورات استانداردی مانند SELECT، INSERT، UPDATE و DELETE استفاده می‌شود. این دستورات به صورت ساختار یافته تعریف می‌شوند و برای انجام عملیات مختلف بر روی داده‌ها استفاده می‌شوند.

NoSQL (Not Only SQL)

NoSQL اصطلاحی است که به پایگاه‌های داده‌های غیر رابطه‌ای اطلاق می‌شود. در NoSQL، از ساختار داده‌های متنوع و متناسب با نوع پایگاه داده استفاده شده است. این نوع پایگاه‌های داده از ساختارهایی مانند مستند (Document)، ستونی (Columnar)، کلید-مقدار (Key-Value) و گراف (Graph) برای ذخیره‌سازی داده‌ها استفاده می‌کنند.

• پایگاه داده سند (Document): در این نوع پایگاه داده، داده‌ها به صورت سند (Document) ذخیره می‌شوند. سندها معمولاً از فرمت‌هایی مانند JSON یا XML پیروی می‌کنند و می‌توانند ساختار پویا داشته باشند. مثالی از پایگاه داده مستند، دیتابیس MongoDB است.
• پایگاه داده ستونی (Columnar): در این نوع پایگاه داده، داده‌ها بر اساس ستون‌ها ذخیره می‌شوند. این ساختار به کاربر امکان می‌دهد تنها ستون‌های مورد نیاز را بخواند و عملیات‌های تجمیعی را با سرعت بالایی انجام دهد. مثالی از پایگاه داده ستونی، Apache Cassandra است.
• پایگاه داده خوشه ای (Key-Value): در این نوع پایگاه داده، هر داده با یک کلید مشخص شناسایی می‌شود. این نوع پایگاه داده‌ها به صورت دوتایی (Key-Value) ذخیره می‌شوند و برای خواندن و نوشتن سریع و ساده استفاده می‌شوند. مثالی از پایگاه داده کلید-مقدار، Redis است.
• پایگاه داده گراف (Graph): در این نوع پایگاه داده، داده‌ها به صورت گراف ذخیره می‌شوند. گراف به صورت گره‌ها (Nodes) و روابط (Relationships) بین آنها تشکیل می‌شود و برای مدلسازی داده‌های پیچیده با روابط متقابل مفید است. مثالی از پایگاه داده گراف، Neo4j است.

بطور کلی…

در NoSQL، عملیات متفاوتی برای ایجاد، خواندن، به روزرسانی و حذف داده‌ها وجود دارد. در واقع هر نوع پایگاه داده، دستورات و روش‌های مختص به خود را دارند. به طور کلی، SQL برای پروژه‌هایی که نیاز به ساختار داده رابطه‌ای و عملیات پیچیده است، مناسب است. اما NoSQL برای پروژه‌هایی که نیاز به انعطاف پذیری بالا، قابلیت افزایش افقی و کارایی بالا دارند، مناسب است. همچنین، NoSQL برای پروژه‌هایی که مدل داده آنها پیچیده است، مانند داده‌های ساختارمند (Semi-Structured)، مناسب تر است.

بنابراین اگر داده‌های شما ساختار یافته‌اند و رعایت ACID ضروری است، SQL یک انتخاب عالی است. از طرف دیگر، اگر الزامات داده شما روشن نیستند یا داده‌های شما بدون ساختار است، NoSQL ممکن است انتخاب بهتری برای شما باشد.

با NoSQL می‌توانید:

• مستندات بسیاری درست کنید بدون اینکه ساختار دقیق آن‌ها را از قبل تعیین کنید.
• بدون تغییر فیلدهای مستندات موجود، فیلدهای جدیدی به دیتابیس خود اضافه کنید.
• اسناد و مدارکی را ذخیره کنید که ساختار منحصر به فرد خود را دارند.
• چندین پایگاه داده با ساختار و سینتکس مختلف داشته باشید.

پایگاه داده‌های NoSQL انتخاب بهتری برای ذخیره داده‌های محتوایی، پست ها، داده‌های سنسوری و دیگر داده‌های بدون ساختاری که داخل جدول نمی‌گنجند، هستند. دیتابیس های بدون ساختار با فرض انعطاف پذیری و مقیاس پذیری طراحی شده اند، به طوری که با مدل پایه همخوانی (Consistency) سازگار باشند.

تفاوت SQL با NoSQL در زبان استفاده شده

یکی از تفاوت های اصلی بین SQL و NoSQL در استفاده از زبان برنامه‌نویسی است. در ادامه، به توضیح این تفاوت در زبان استفاده شده در هر کدام از این موارد می‌پردازیم.

زبان SQL

SQL از زبان همنام خود، یعنی Structured Query Language که یک زبان استاندارد برای مدیریت پایگاه داده‌های رابطه‌ای است، استفاده می‌کند. این زبان برای ایجاد، خواندن، به‌روزرسانی و حذف داده‌ها از دستورات استانداردی مانند SELECT، INSERT، UPDATE و DELETE استفاده می‌کند. برای انجام عملیات پیچیده‌تر نیز، SQL دارای دستورات متنوعی مانند JOIN، GROUP BY، ORDER BY و غیره است.

SQL به عنوان زبان استاندارد برای پایگاه‌های داده رابطه‌ای شناخته می‌شود و بیشتر پایگاه‌های داده رابطه‌ای، از زبان SQL پشتیبانی می‌کنند. این زبان بسیار قوی است و قابلیت بالایی در جستجو، فیلترینگ و ترکیب داده‌ها دارد.

زبان NoSQL

NoSQL، عبارتی است که به پایگاه‌های داده‌ غیر رابطه‌ای اطلاق می‌شود و از زبان های برنامه‌نویسی متنوع استفاده می کند. به طور کلی، هر پایگاه داده NoSQL می‌تواند از زبان برنامه‌نویسی و رابط برنامه‌نویسی خاص خود برای مدیریت داده‌ها استفاده کند.

به عنوان مثال، پایگاه داده ای مانند MongoDB، از زبان برنامه‌نویسی JavaScript برای تعریف و انجام عملیات بر روی داده‌ها استفاده می‌کند. همچنین، پایگاه داده ستونی Apache Cassandra از زبان CQL (Cassandra Query Language) برای مدیریت داده‌ها استفاده می‌کند. هر نوع پایگاه داده NoSQL برای تعامل با داده‌ها و انجام عملیات مختلف، روش‌ها و زبان برنامه‌نویسی خاص خود را به‌کار می‌برد.

در نتیجه، در NoSQL، زبان استفاده شده برای مدیریت داده‌ها و انجام عملیات بر روی آنها بسته به نوع پایگاه داده متفاوت است و هر نوع دیتابیس NoSQL ممکن است از زبان برنامه‌نویسی خاص خود برای عملیات داده‌ها استفاده کند.

تفاوت SQL با NoSQL در انعطاف پذیری و ویژگی ها

تفاوت های SQL و NoSQL در انعطاف پذیری و ویژگی‌ها به شرح زیر است:

تفاوت SQL با NoSQL در انعطاف‌پذیری در اسکیما (Schema Flexibility)

در SQL، ساختار داده باید قبل از ذخیره‌سازی داده‌ها تعریف شود و هر تغییر در ساختار نیاز به ایجاد تغییرات دقیق در جداول دارد. این موضوع می‌تواند فرآیند توسعه و تغییر ساختار داده را پیچیده کند.

در NoSQL، انعطاف‌پذیری در اسکیما وجود دارد. به این معنی که می‌توانید داده‌های جدید را بدون نیاز به تغییرات ساختاری در پایگاه داده ذخیره کنید. این قابلیت به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد از طریق تغییرات در نیازها و ساختار داده‌ها، به صورت سریع و آسان با نیازهای مشتریان سازگار شوند.

تفاوت SQL با NoSQL در مقیاس‌پذیری (Scalability)

برخلاف NoSQL، بسیاری از پایگاه‌های داده SQL سرریز می شوند و بازدهی آنها کاهش می‌یابد. این مسئله به خصوص برای پروژه‌هایی با حجم داده بزرگ و ترافیک بالا مشکل‌ساز می‌شود.

پایگاه‌های داده NoSQL به طور طبیعی مقیاس‌پذیر هستند و می‌توانند با حجم داده و ترافیک بالا سازگاری داشته باشند. آنها معمولاً از روش‌های توزیع شده و شبکه‌ای برای مقیاس‌پذیری استفاده می‌کنند.

تفاوت SQL با NoSQL در کارایی (Performance)

در برخی موارد، عملیات پیچیده و سنگین بر روی داده در پایگاه‌های داده رابطه‌ای ممکن است عملکرد ضعیفی داشته باشد. این به خصوص در صورتی که تعداد رکوردها بسیار زیاد باشد و یا عملیات‌های پیوندی بین جداول زیاد داشته باشیم رخ می دهد.

پایگاه‌های داده NoSQL برای برخی از نیازها و الگوهای داده‌ای، به طور کلی عملکرد بهتری دارند. این دیتابیس ها با استفاده از الگوهای غیر رابطه‌ای و بهینه‌سازی‌های اختصاصی، می‌توانند در صورتی که بار کاری زیادی وجود داشته باشد، عملکرد بهتری داشته باشند.

تفاوت SQL با NoSQL در پشتیبانی از محیط های توزیع شده (Distributed Support)

بسیاری از پایگاه‌های داده رابطه‌ای سنتی، پشتیبانی ضعیفی از محیط‌های توزیع شده دارند و برای بزرگ‌نمایی و مقیاس‌پذیری به مشکل برمی‌خورند. اما پایگاه‌های داده NoSQL طراحی شده‌اند تا در محیط‌های توزیع شده به خوبی عمل کنند. آنها از طریق پارتیشن‌بندی، توزیع داده و توازن بار بر روی سرورهای متعدد، مقیاس‌پذیری و بازدهی بالا را فراهم می‌کنند.

به طور کلی، NoSQL به دلیل انعطاف‌پذیری بیشتر در اسکیما، مقیاس‌پذیری و کارایی بهتر در برخی موارد، مناسب برای سناریوهایی است که نیاز به انعطاف بیشتر در طراحی داده، مقیاس‌پذیری و کارایی بالا دارند. اما SQL برای سناریوهایی که نیاز به روابط داده و استفاده از عملیات پیچیده‌تر است، همچنین در مواردی که اصول ACID (Atomicity، Consistency، Isolation، Durability) برای تضمین صحت و قابلیت بازیابی داده‌ها اساسی است، مناسب است.

پشتیبانی از تراکنش ها

تفاوت SQL و NoSQL در پشتیبانی از تراکنش ها به شرح زیر است:

پشتیبانی از تراکنش ها در SQL

پایگاه‌های داده رابطه‌ای (SQL) از مدل ACID (Atomicity، Consistency، Isolation، Durability) برای تضمین صحت و قابلیت بازیابی تراکنش ها استفاده می‌کنند. این مدل معمولاً شامل ویژگی‌های زیر است:

• Atomicity (اتمیک بودن): تراکنش به صورت اتمی اجرا می‌شود، به این معنی که همه عملیات در محدوده تراکنش یا به طور کامل اجرا می‌شود یا هیچ‌کدام از آنها انجام نمی‌شود. در صورت وقوع خطا، تمام تغییرات باید برگردانده شوند (Rollback) و در صورت موفقیت، تغییرات باید به صورت دائمی ذخیره شوند (Commit).
• Consistency (سازگاری): این حالت تضمین می‌کند که تراکنش پس از اجرا، پایگاه داده را به یک حالت سازگار با قوانین و محدودیت‌های تعریف شده در ساختار داده می‌برد. در صورتی که تراکنش باعث ناهماهنگی در داده‌ها شود، تغییرات لغو می‌شود.
• Isolation (ایزوله بودن یا انزوا): تراکنش‌ها باید به صورت مستقل از یکدیگر اجرا شوند، به این معنی که در حین اجرای تراکنش، تراکنش‌های دیگر تأثیری بر آن نباید داشته باشند. این ویژگی تضمین می‌کند که همه تراکنش‌ها به طور موازی و همزمان اجرا شوند، بدون تداخل با یکدیگر.
• Durability (ماندگاری): تراکنش‌های با موفقیت اجرا شده باید به صورت دائمی در پایگاه داده ذخیره شوند و در صورت بروز خطا یا قطعی در سیستم، تغییرات اعمال شده در تراکنش‌ها حفظ شوند.

پشتیبانی از تراکنش ها در NoSQL (پایگاه‌های داده غیررابطه‌ای)

بسیاری از پایگاه‌های داده NoSQL در اولویت قابلیت مقیاس‌پذیری و کارایی قرار دارند و ممکن است از مدل ACID به طور کامل پشتیبانی نکنند. اما بعضی از پایگاه‌های داده NoSQL می‌توانند ویژگی‌هایی مشابه ACID را پیاده‌سازی کنند یا به صورت جزئی آنها را پشتیبانی کنند. این ویژگی‌ها به عنوان BASE (Basically Available, Soft-state, EventuallyConsistent) شناخته می‌شوند. ویژگی‌های اصلی BASE عبارت‌اند از:

• Basically Available (به طور اساسی در دسترس): سیستم همواره باید در یک حالت قابل استفاده باشد، حتی در صورتی که برخی از خواص ACID موجود نباشند.
• Soft-state (حالت نرم): پایگاه‌های داده NoSQL ممکن است گاهی در حالت نامتعادل باشند یا اطلاعات تکاملی را به طور موقت نگه دارند. این به معنای این است که تراکنش‌ها ممکن است در طول زمان تغییراتی را در داده‌ها اعمال کنند ولی در نقطه‌ای به یک حالت ثابت و قابل بازیابی برگردند.
• Eventually Consistent (سازگاری در نهایت): پس از اتمام تراکنش، سیستم در نهایت به یک حالت قابل بازیابی و سازگار می‌رسد. در ابتدا، داده‌ها ممکن است در سراسر سیستم ناهماهنگ باشند، اما در نهایت، تراکنش‌ها می‌توانند به یک وضعیت پایدار و سازگار با یکدیگر برسند.

در نتیجه، در SQL، تراکنش‌ها به صورت کاملاً منظم و با پشتیبانی از مدل ACID اجرا می‌شوند، در حالی که در NoSQL، تراکنش‌ها بیشتر به صورت پایداری و سازگاری اجرا می‌شوند. این تفاوت در پشتیبانی از تراکنش‌ها بسته به نیازها و مورد استفاده شما می‌تواند تأثیرگذار باشد.

کاربرد و دیتابیس

تفاوت های SQL و NoSQL در کاربرد و نوع دیتابیس به شرح زیر است:

کاربرد

پایگاه‌های داده رابطه‌ای (SQL) برای کاربردهایی که نیاز به ساختار داده رابطه‌ای (جداول و روابط) دارند، مناسب هستند. این کاربردها می‌توانند شامل سیستم‌های مدیریت محتوا، سیستم‌های مالی، سیستم‌های مدیریت رابطه با مشتری (CRM) و سیستم‌های تجارت الکترونیک باشند.

پایگاه‌های داده غیر رابطه‌ای (NoSQL) برای کاربردهایی که نیاز به انعطاف‌پذیری بیشتر در ساختار داده دارند، مناسب هستند. این کاربردها می‌توانند شامل برنامه‌های وب مقیاس‌پذیر، سیستم‌های توزیع شده، ذخیره سازی و بازیابی داده‌های بزرگ (Big Data) و سیستم‌های اینترنت اشیا (IoT) باشند.

نوع دیتابیس

پایگاه‌های داده رابطه‌ای مبتنی بر SQL معمولاً از مدل ساختار داده جداول استفاده می‌کنند. داده‌ها در جداول با روابط مشخص ذخیره می‌شوند و از زبان SQL برای استعلام و انجام عملیات بر روی داده‌ها استفاده می‌شود. نمونه‌هایی از پایگاه‌های داده رابطه‌ای شامل دیتابیس MySQL و Oracle و PostgreSQL و Microsoft SQL Server می‌باشند.

پایگاه‌های داده غیررابطه‌ای معمولاً ساختار داده‌های متفاوتی مانند سند (Document)، ستونی (Columnar)، خوشه‌ای (Key-Value) و گراف‌ها (Graph) را پشتیبانی می‌کنند. این نوع دیتابیس‌ها از طریق رابط‌های برنامه‌نویسی مثل API به داده‌ها دسترسی می‌دهند. نمونه‌هایی از پایگاه‌های داده غیررابطه‌ای شامل MongoDB، Cassandra، Redis و Neo4j می‌باشند.

در نتیجه، انتخاب بین SQL و NoSQL بسته به نیازها و مورد استفاده شما است. اگر نیاز به ساختار داده رابطه‌ای و اطمینان صد درصد از صحت داده‌ها دارید، SQL مناسب خواهد بود. اگر نیاز به انعطاف‌پذیری در ساختار داده و قابلیت مقیاس‌پذیری بیشتر دارید، NoSQL می‌تواند گزینه مناسبی باشد. همچنین، برخی پروژه‌ها از هر دو نوع دیتابیس به طور همزمان استفاده می کنند. برای انتخاب درست، مهم است که نیازها و محدودیت‌های پروژه خود را به خوبی بشناسید و با مزایا و معایب هر نوع دیتابیس آشنا باشید.

نتیجه

در پایان، می‌توان گفت که هر کدام از پایگاه داده های SQL و NoSQL ویژگی‌ها و موارد استفاده خاص خود را دارند. SQL برای کاربردهایی که نیاز به ساختار رابطه‌ای داده‌ها، قابلیت تراکنش و تحلیل دقیق داده‌ها است، مناسب است. اما NoSQL برای کاربردهایی که نیاز به انعطاف‌پذیری ساختار داده و سرعت پردازش است، مناسب تر است. امیدواریم این مطلب برایتان مفید بوده باشد.