Реляционные и NoSQL БД

Что такое реляционная база данных

Реляционная база данных — база, в которой данные хранятся в таблицах, связанных между собой по значениям ключей. Слово «реляционный» происходит от английского relation (отношение) — так в теории Кодда называется таблица. Распространённое заблуждение, что «реляционный» означает «связанный ссылками»: строго говоря, отношение — это и есть сама таблица со строками и колонками.

Три признака реляционной модели:

• Строгая схема. Набор колонок и их типы объявлены заранее; строка, не подходящая под схему, не будет записана.
• Связи по значениям. Таблицы соединяются не указателями, а совпадением значений: orders.user_id = users.id.
• SQL и ACID. Декларативные запросы и транзакции с гарантиями.

CREATE TABLE users (
    id    bigserial PRIMARY KEY,
    email text NOT NULL UNIQUE
);

CREATE TABLE orders (
    id      bigserial PRIMARY KEY,
    user_id bigint NOT NULL REFERENCES users(id),  -- связь
    total   numeric(10,2) NOT NULL CHECK (total >= 0)
);

СУБД не даст вставить заказ с несуществующим user_id и не даст удалить пользователя, у которого есть заказы. Это не код приложения — это гарантия самой базы. Представители: PostgreSQL, MySQL, MS SQL Server, SQLite.

Что такое NoSQL

NoSQL (изначально «Not Only SQL») — общее название для нереляционных СУБД, которые отказываются от части реляционных правил ради других свойств: гибкости схемы, горизонтального масштабирования, скорости на конкретном шаблоне доступа. Это не одна технология, а четыре довольно разных семейства:

Нереляционная база — это база, не использующая табличную модель со связями по ключам. Отсутствие жёсткой схемы означает, что валидацию структуры берёт на себя приложение.

Реляционные vs NoSQL

ACID и BASE

Реляционные СУБД строятся вокруг ACID: транзакция атомарна, согласована, изолирована и надёжна. Многие распределённые NoSQL-системы выбирают BASE — Basically Available, Soft state, Eventually consistent: данные доступны почти всегда, а копии сходятся к одинаковому состоянию не мгновенно.

Причина — теорема CAP: при разрыве сети между узлами распределённая система вынуждена выбирать между согласованностью и доступностью. Практическое следствие: прочитав из реплики сразу после записи, вы можете увидеть старое значение. Для ленты новостей это незаметно, для списания денег — недопустимо.

Что выбрать

Реляционную, если данные связаны, важны транзакции и деньги, запросы заранее не известны. PostgreSQL закрывает подавляющее большинство задач и умеет тип jsonb — документы можно хранить прямо в таблице, не поднимая вторую СУБД.

NoSQL, если структура записей действительно разная, шаблон доступа один и известен заранее, либо объём данных не помещается на один сервер даже после шардирования. Redis — как кеш рядом с основной базой, ClickHouse — под аналитику.

Типичная зрелая архитектура использует и то и другое: PostgreSQL как источник истины, Redis для кеша, ClickHouse для отчётов.

Связанные термины

• Базы данных — общее понятие
• СУБД — программы, реализующие обе модели
• SQL — язык реляционных баз
• Ключи в БД — то, чем связаны таблицы
• MongoDB — типичная документная NoSQL-СУБД
• Шардирование — горизонтальное масштабирование данных