В обычных базах данные хранятся в структурированном формате. Если же требуется хранить неструктурированные данные, на помощь приходят специальные БД, например MongoDB.
Что такое MongoDB
Многие базы данных относятся к реляционным и управляются с помощью языка SQL. В таких базах данные хранятся в строгих таблицах, связанных друг с другом разными способами. У них есть чёткая структура, под которую нужно подгонять все данные прежде чем внести их в базу.
В противовес им существуют нереляционные NoSQL базы, в которых данные хранятся в документах, связанных между собой ключами и более гибкой структурой. Для работы с такими базами нужны специальные СУБД, и MongoDB как раз из таких.
MongoDB была разработана в 2009 году в ответ на потребность компаний в масштабируемой СУБД для хранения неструктурированных данных. С тех пор вышло множество обновлений, и MongoDB по-прежнему пользуется огромной популярностью — по рейтингу портала DB-Engines, она входит в пять самых востребованных СУБД в мире.
В MongoDB данные хранятся неструктурированно, в виде специальных документов. Они записаны в формате BSON — это бинарная версия популярного формата JSON. Все документы в базе — это набор пар «поле—значение», где в качестве значения может быть что угодно, от чисел и дат до других вложенных документов. Неважно, в каком виде и формате создан документ — он спокойно «ляжет» в базу данных MongoDB без предварительной обработки.
Документы вместо строк
Если реляционные базы данных хранят строки, то MongoDB хранит документы. В отличие от строк документы могут хранить сложную по структуре информацию. Документ можно представить как хранилище ключей и значений.
Ключ представляет простую метку, с которым ассоциировано определенный кусок данных.
Однако при всех различиях есть одна особенность, которая сближает MongoDB и реляционные базы данных. В реляционных СУБД встречается такое понятие как первичный ключ. Это понятие описывает некий столбец, который имеет уникальные значения. В MongoDB для каждого документа имеется уникальный идентификатор, который называется _id. И если явным образом не указать его значение, то MongoDB автоматически сгенерирует для него значение.
Каждому ключу сопоставляется определенное значение. Но здесь также надо учитывать одну особенность: если в реляционных базах есть четко очерченная структура, где есть поля, и если какое-то поле не имеет значение, ему (в зависимости от настроек конкретной бд) можно присвоить значение NULL. В MongoDB все иначе. Если какому-то ключу не сопоставлено значение, то этот ключ просто опускается в документе и не употребляется.
Коллекции
Если в традиционном мире SQL есть таблицы, то в мире MongoDB есть коллекции. И если в реляционных БД таблицы хранят однотипные жестко структурированные объекты, то в коллекции могут содержать самые разные объекты, имеющие различную структуру и различный набор свойств.
Репликация
Вся система MongoDB может представлять не только одну базу данных, которая располагается на одном физическом сервере. Функциональность MongoDB позволяет расположить несколько баз данных на нескольких физических серверах, и эти базы данных смогут легко обмениваться данными и сохранять целостность.
Система хранения данных в MongoDB представляет набор реплик. В этом наборе есть основной узел, а также может быть набор вторичных узлов. Все вторичные узлы сохраняют целостность и автоматически обновляются вместе с обновлением главного узла. И если основной узел по каким-то причинам выходит из строя, то один из вторичных узлов становится главным.
Формат данных в MongoDB
Одним из популярных стандартов обмена данными и их хранения является JSON (JavaScript Object Notation). JSON эффективно описывает сложные по структуре данные. Способ хранения данных в MongoDB в этом плане похож на JSON, хотя формально JSON не используется. Для хранения в MongoDB применяется формат, который называется BSON (БиСон) или сокращение от binary JSON.
BSON позволяет работать с данными быстрее: быстрее выполняется поиск и обработка. Хотя надо отметить, что BSON в отличие от хранения данных в формате JSON имеет небольшой недостаток: в целом данные в JSON-формате занимают меньше места, чем в формате BSON, с другой стороны, данный недостаток с лихвой окупается скоростью.
Кроссплатформенность
MongoDB написана на C++, поэтому ее легко портировать на самые разные платформы. MongoDB может быть развернута на платформах Windows, Linux, MacOS, Solaris. Можно также загрузить исходный код и самому скомпилировать MongoDB, но рекомендуется использовать библиотеки с официального сайта.
Простота в использовании
Отсутствие жесткой схемы базы данных и в связи с этим потребности при малейшем изменении концепции хранения данных пересоздавать эту схему значительно облегчают работу с базами данных MongoDB и дальнейшим их масштабированием. Кроме того, экономится время разработчиков. Им больше не надо думать о пересоздании базы данных и тратить время на построение сложных запросов.
Но, даже учитывая все недостатки традиционных баз данных и достоинства MongoDB, важно понимать, что задачи бывают разные и методы их решения бывают разные. В какой-то ситуации MongoDB действительно улучшит производительность вашего приложения, например, если надо хранить сложные по структуре данные. В другой же ситуации лучше будет использовать традиционные реляционные базы данных. Кроме того, можно использовать смешенный подход: хранить один тип данных в MongoDB, а другой тип данных - в традиционных БД.
GridFS
Одной из проблем при работе с любыми системами баз данных является сохранение данных большого размера. Можно сохранять данные в файлах, используя различные языки программирования. Некоторые СУБД предлагают специальные типы данных для хранения бинарных данных в БД (например, BLOB в MySQL).
В отличие от реляционных СУБД MongoDB позволяет сохранять различные документы с различным набором данных, однако при этом размер документа ограничивается 16 мб. Но MongoDB предлагает решение - специальную технологию GridFS, которая позволяет хранить данные по размеру больше, чем 16 мб.
Система GridFS состоит из двух коллекций. В первой коллекции, которая называется files, хранятся имена файлов, а также их метаданные, например, размер. А в другой коллекции, которая называется chunks, в виде небольших сегментов хранятся данные файлов, обычно сегментами по 256 кб.
Для тестирования GridFS можно использовать специальную утилиту mongofiles, которая идет в пакете mongodb.
Преимущества MongoDB
- Это простая в установке, использовании и без схемы базы данных.
- Благодаря возможности базы данных без схемы, код, который мы создаем, определяет схему.
- Данные хранятся в двоичном формате JSON, который представляет собой пару ключ-значение, сложность соединений не требуется.
- Он использует оперативную память для хранения данных, это делает более быстрый доступ к данным.
- Может использоваться для балансировки нагрузки.
- Он поддерживает свойство ACID (атомарность, согласованность, изоляция и долговечность) для транзакции базы данных.
- Он поддерживает репликацию, если основной сервер отключается во время транзакции, тогда вторичный сервер обрабатывает транзакцию без участия человека.
- Это экономически выгодно, поскольку снижает стоимость оборудования и хранилища.
- Это может сохранить много данных, которые помогут в более быстрой обработке запросов.
- Данные хранятся в узлах кластера, поэтому на сервере базы данных не будет единой точки отказа.
- Благодаря динамической схеме вы можете попробовать новые вещи с меньшими затратами. Вам не нужно беспокоиться о подготовке данных, прежде чем экспериментировать с ними.
Почему мы используем MongoDB?
- MongoDB - это база данных NoSQL, она может хранить данные в формате документа. Эта база данных является гибкой в использовании, когда требуется обработка больших объемов данных, поскольку она обеспечивает высокопроизводительное решение для хранения данных.
- Он хранит данные в формате документа, поэтому мы можем изменить любое количество записей, добавить или удалить существующие поля в таблице. Он может легко хранить сложные структуры, получать данные более точно.
- Индексация выполняется для повышения производительности запросов или поисков в базе данных.
- Он может хранить любые данные любого размера.
- Используется схема динамической базы данных, которая называется BSON.
- Он поддерживает репликацию там, где работает ведущий-ведомый. Мастер читает и пишет, подчиненный копирует данные с мастера, и он будет использоваться только для чтения.
- Авто-шардинг присутствует и будет использоваться, если у нас большие данные распределены по нескольким серверам и если сервер не может обрабатывать данные. Это не приведет к сбою.
- Он поддерживает горизонтальное масштабирование, что приведет к распределению больших данных на несколько машин.
Где мы используем MongoDB?
- Если вы собираетесь создать проект базы данных с небольшим бюджетом, MongoDB - лучшая база данных NoSQL для настройки, управления и работы с ней.
- MongoDB имеет мощную обработку запросов, поэтому она поможет выяснить, откуда поступают данные, и извлечь данные из определенного места.
- Если у вас есть сервис облачного хостинга, то вам следует настроить MongoDB с рекомендациями по безопасности, потому что сервисы облачного хостинга являются интернет-доступными серверами.
- Мы можем использовать MongoDB, не беспокоясь о мелких деталях, таких как обеспечение целостности, хотим создать базу данных с кучей документов.
- The New York Times, Agraroom, портал Российские Технологии используют MongoDB в приложениях для построения форм. Например, фото представлений.
- Используется для внутреннего хранения. Например, сайт sourceforge.net использует его.
- Shutterfly использует MongoDB различные постоянные требования к хранению данных.
- Он используется в сайтах социальных сетей, таких как Facebook, Рутвит, Pagelook, Instagram, потому что этот сайт социальной сети генерирует терабайт данных каждую минуту.
- Он используется для обсуждения вопросов и ответов на форуме, например Quora.
Вывод - преимущества MongoDB
MongoDB - это надежная база данных, которая рекомендуется при разработке веб-приложения, которое масштабируется и требует большой базы данных для хранения огромного количества неструктурированных данных. Если пользователь ищет наилучшую доступность, быструю обработку, хорошее резервное копирование, нулевую потерю информации, тогда MongoDB - лучшее решение для использования.
