Нереляционные базы данных

В современном мире данные играют ключевую роль в различных сферах жизни — от бизнеса и науки до повседневного общения. С ростом объемов информации и усложнением её структуры возникла необходимость в новых подходах к хранению, обработке и анализу данных. Традиционные реляционные базы данных, основанные на строгих схемах и таблицах, не всегда способны эффективно справляться с задачами, возникающими в условиях больших данных и высоких нагрузок. Это привело к появлению альтернативных систем управления базами данных, известных как нереляционные базы данных или NoSQL.
Нереляционные базы данных представляют собой широкий класс технологий, которые обеспечивают гибкость, масштабируемость и высокую производительность при работе с разнообразными типами данных. В отличие от реляционных систем, где данные организованы в таблицы с фиксированной схемой, нереляционные базы могут использовать различные модели хранения: документы, графы, ключ-значение и колоночные хранилища. Это позволяет разработчикам более эффективно адаптировать системы под конкретные задачи и требования бизнеса.
В условиях стремительного роста объемов информации, поступающей из различных источников, нереляционные базы данных предлагают возможность динамически изменять структуру данных без необходимости предварительного проектирования схемы, что значительно ускоряет процесс разработки и внедрения новых приложений.
Тема моего курсового проекта «Нереляционные базы данных». Ожидается, что результаты работы будут способствовать лучшему пониманию принципов работы нереляционных баз данных.
Цель данной курсовой работы – изучить основные типы и архитектурные особенности нереляционных баз данных, а также проанализировать преимущества и недостатки использования такого метода в различных сценариях.

1. Обзор нереляционных баз данных
Нереляционная база данных — это база данных, в которой в отличие от большинства традиционных систем баз данных не используется табличная схема строк и столбцов. В этих базах данных применяется модель хранения, оптимизированная под конкретные требования типа хранимых данных [1]. Концепция NoSQL (Not Only SQL или No SQL) приобрела широкую известность с 2009 года. В этот период стремительное развитие веб-технологий и социальных сервисов привело к появлению большого числа новых подходов к управлению и обработке данных. Разработчики подобных приложений столкнулись с задачами, которые оказались неподходящими для традиционных реляционных систем управления базами данных (СУБД) в силу их высокой стоимости или недостаточной производительности. Популяризация специализированных решений вместо универсальных баз (реляционные СУБД) была также подхвачена молодыми проектами и теми, кто работает в рамках так называемых Big Data [6].
Существуют четыре основные модели данных, используемые в нереляционных базах данных:
1.1 Модель ключ-значение
Хранилища типа "ключ-значение" (см. рисунок 1.1) представляют собой наиболее простой тип баз данных NoSQL с точки зрения взаимодействия прикладных программ. Клиентская часть может осуществлять три основных действия: получение значения по ключу, запись значения по ключу и удаление ключа из хранилища.
Использование первичных ключей для доступа к данным обеспечивает высокую производительность и масштабируемость таких систем. Несмотря на простоту реализации, хранилища типа "ключ-значение" неэффективны в ситуациях, требующих запроса или обновления только части данных. Кроме того, реализация сложных структур поверх распределённых систем данного типа затруднена.
Примеры использования: хранение информации о сеансах, профилей пользователей и их предпочтений, а также содержимого корзинок заказов. Не рекомендуется использовать данный тип хранилища в случаях, когда требуется обработка многошаговых транзакций, сложных запросов к данным или операций с множествами. [6]
Преимущества [2]: