Base de datos clave-valor

¿Qué es una base de datos clave-valor?

Una base de datos clave-valor es un tipo de NoSQL Base de datos que almacena datos como una colección de pares clave-valor en la que cada clave única está asociada a un valor de datos específico. La velocidad y eficiencia de las bases de datos clave-valor las convierten en una buena opción para necesidades sencillas de almacenamiento y recuperación de datos cuando el objetivo es el alto rendimiento. Su estructura sin esquema permite flexibilidad en la representación de los datos, lo que las hace adecuadas para una amplia variedad de aplicaciones, desde sistemas de almacenamiento en caché hasta análisis en tiempo real.

Esta página cubre:

• Cómo funcionan las bases de datos clave-valor
• Características de la base de datos clave-valor
• Casos de uso de bases de datos clave-valor
• Ventajas e inconvenientes de las bases de datos clave-valor
  
• Ejemplos de bases de datos clave-valor
• Couchbase y almacén de valores clave
• Conclusión

Cómo funcionan las bases de datos clave-valor

Para ilustrar cómo funciona una base de datos clave-valor, utilizaremos un ejemplo sencillo de la base de datos clave-valor de Couchbase. Couchbase almacena los datos como documentos como el de abajo, que resulta ser un documento JSON. JSON es un formato de datos popular porque es fácil de leer y escribir tanto para humanos como para máquinas, es ligero, y es bien conocido con un amplio soporte.

En una base de datos clave-valor, cada documento en su totalidad es un valor y tiene una clave. Este sistema de almacenamiento es lo que hace que una base de datos sea una base de datos clave-valor. En este ejemplo, airline_10 es la clave, y el JSON es el valor. Los datos de un documento pueden adoptar la forma de pares clave-valor (como en este ejemplo), pero no tienen por qué. Por ejemplo, los datos pueden ser XML, binarios o muchas otras formas de datos estructurados, semiestructurados o no estructurados.

Características de la base de datos clave-valor

Aunque cada base de datos clave-valor es única, comparten numerosas características que las convierten en una opción convincente en general para muchos casos de uso modernos. Algunas de las más importantes son:

Diseño sin esquemas - La ausencia de un esquema fijo permite una representación flexible de los datos. Las bases de datos clave-valor dan cabida a diversas estructuras de datos dentro de una misma base, lo que permite evolucionar fácilmente las estructuras de datos a lo largo del tiempo.

Modelo de datos sencillo - Un modelo de datos sencillo hace que las bases de datos clave-valor sean fáciles de usar para los requisitos básicos. Los métodos de acceso a los datos también son bastante sencillos (por ejemplo, obtener, reemplazar, eliminar).

Soporte para tipos de datos complejos - Puede almacenar estructuras de datos intrincadas y anidadas como valores. Esta función permite representar diversos tipos de datos en un único par clave-valor para un modelado de datos completo.

Apoyo clave secundario - Las claves secundarias permiten acceder a valores utilizando más de una clave. Esta función aumenta la flexibilidad en la recuperación de datos al ampliar las capacidades de consulta de tu aplicación y facilitar patrones de acceso más diversos.

Particionamiento y fragmentación - La compatibilidad con la partición y fragmentación de datos puede mejorar el procesamiento paralelo, el equilibrio de carga y la escalabilidad. Las bases de datos clave-valor más avanzadas soportan la distribución automática de su base de datos a través de múltiples centros de datos. Couchbase base de datos distribuidaproporciona este soporte a través de la fragmentación automática.

Replicación - La replicación de datos en varios nodos garantiza la redundancia, la alta disponibilidad y la tolerancia a fallos para reducir el riesgo de pérdida de datos o interrupción del servicio.

Soporte ACID - ACID (atomicidad, consistencia, aislamiento, durabilidad) para las transacciones es un elemento básico de las bases de datos relacionales, que proporciona integridad y fiabilidad de los datos incluso ante fallos o errores del sistema. Históricamente, ACID ha tardado en imponerse en las bases de datos NoSQL porque contrarresta las ventajas de una mayor velocidad, pero cada vez es más común. Couchbase, por ejemplo, soporta transacciones ACID distribuidas multidocumento a escala sin sacrificar la flexibilidad ni la alta disponibilidad.

Casos de uso de bases de datos clave-valor

La versatilidad de las bases de datos clave-valor las convierte en una opción ideal para abordar una amplia variedad de requisitos de las aplicaciones modernas con sencillez, velocidad y escalabilidad. Las bases de datos clave-valor suelen elegirse para:

Almacenamiento en caché
Las bases de datos clave-valor destacan en situaciones de almacenamiento en caché en las que el acceso rápido a los datos más utilizados es crucial para optimizar el rendimiento.

Perfiles de usuario
Las bases de datos de clave-valor son idóneas para proporcionar una solución rápida y escalable de almacenamiento y gestión de la información relacionada con los usuarios, como el nombre de usuario, el correo electrónico y sus preferencias.

Almacenamiento de la sesión
Las bases de datos clave-valor son eficaces para gestionar los datos de sesión porque garantizan un acceso rápido y actualizaciones para inicios de sesión, autenticaciones e interacciones.

Análisis en tiempo real
La alta velocidad de acceso a los datos hace que las bases de datos clave-valor sean adecuadas para escenarios analíticos en los que la recuperación rápida de datos es esencial. Algunos ejemplos son los precios dinámicos, las ofertas de marketing personalizadas y las puntuaciones de crédito en tiempo real.

Catálogos de productos
Las bases de datos clave-valor ofrecen una forma sencilla y eficaz de gestionar catálogos de productos, sobre todo en situaciones en las que los productos tienen una gran variedad de atributos diferentes. Representar los detalles de los productos mediante pares clave-valor permite actualizaciones flexibles y recuperaciones rápidas para aplicaciones de comercio electrónico.

Ventajas e inconvenientes de las bases de datos clave-valor

Las bases de datos relacionales tradicionales son las más utilizadas y utilizan el lenguaje de consulta más popular, SQL. Por ello, las siguientes ventajas e inconvenientes de las bases de datos clave-valor se hacen en comparación con las bases de datos relacionales y SQL.

Ventajas

Simplicidad - Las bases de datos clave-valor tienen un modelo de datos sencillo que reduce la complejidad tanto del diseño de la base de datos como de las operaciones de consulta. Esta simplicidad facilita su uso y desarrollo.

Alto rendimiento - Las bases de datos clave-valor están optimizadas para operaciones rápidas de lectura y escritura, lo que proporciona un acceso rápido a los datos almacenados. Esta optimización es un factor clave para ofrecer un alto rendimiento general a aplicaciones con requisitos de velocidad exigentes.

Escalabilidad - Las bases de datos clave-valor ofrecen escalabilidad horizontal al permitir la adición de nodos para gestionar un mayor volumen de datos y tráfico. Esta escalabilidad horizontal hace que sea más fácil y asequible para un sistema crecer para adaptarse a las necesidades cambiantes. Couchbase utiliza la fragmentación automática basada en claves para distribuir los datos uniformemente en un clúster, por lo que los desarrolladores no tienen que preocuparse de configurar claves de fragmentación, particiones o puntos calientes.

Flexibilidad - Un diseño sin esquema admite diversas estructuras de datos en una única base de datos y se adapta fácilmente a la evolución de las estructuras de datos. Estas capacidades son especialmente ventajosas cuando los modelos de datos deben cambiar con el tiempo.

Almacenamiento eficiente - Las bases de datos clave-valor son muy eficientes en almacenamiento en caché porque su estructura simple permite un acceso rápido y directo a los datos sin estructuras relacionales complejas. El rendimiento global del sistema mejora al reducir la necesidad de obtener repetidamente los mismos datos de sistemas de almacenamiento más lentos.

Desventajas

Capacidad de consulta limitada - Las bases de datos clave-valor carecen de capacidades de consulta avanzadas en comparación con las bases de datos relacionales, lo que las hace menos adecuadas para escenarios de consulta y análisis complejos que implican múltiples uniones y relaciones. Couchbase aborda este problema utilizando SQL++ para soportar sintaxis sofisticadas como JOINs y subconsultas, y también proporciona un acceso innovador a características de JSON como objetos anidados y matrices.

Problemas de integridad de los datos - Garantizar la integridad de los datos puede ser un reto en las bases de datos clave-valor, especialmente en entornos distribuidos. Muchas no aplican el mismo nivel de coherencia e integridad referencial que las bases de datos relacionales tradicionales. Un enfoque diferente para el modelado de datos, como el modelado de datos JSON, puede mitigar los desafíos. Véase también nuestro análisis de la compatibilidad con ACID en la sección de características anterior.

Curva de aprendizaje del paradigma NoSQL - Adaptarse a NoSQL puede suponer una curva de aprendizaje intimidatoria para los desarrolladores acostumbrados a SQL y a los modelos de bases de datos relacionales. Couchbase utiliza SQL para que los desarrolladores puedan utilizar sus conocimientos de SQL para crear aplicaciones modernas con todas las ventajas de JSON.

Ejemplos de bases de datos clave-valor

• Redis es una base de datos clave-valor en memoria de código abierto conocida por su velocidad y versatilidad. Admite varias estructuras de datos, como cadenas, hashes, listas y conjuntos. Como base de datos totalmente en memoria, Redis se utiliza a menudo como caché junto a otra base de datos.
• Amazon DynamoDB es un servicio de base de datos de valores clave y documentos totalmente gestionado proporcionado por Amazon Web Services (AWS). Se suele utilizar para aplicaciones con cargas de trabajo dinámicas y está integrado en el ecosistema de AWS, por lo que resulta práctico para aplicaciones basadas en la nube.
• Couchbase proporciona una estructura de documento JSON flexible que facilita el almacenamiento y la recuperación de datos complejos. Es reconocido por su facilidad de escalabilidad y su eficiente distribución de datos. Entre sus características exclusivas destacan su lenguaje de consulta SQL++ y su capacidad para funcionar como base de datos de documentos, almacén de valores clave y caché.

Couchbase y almacén de valores clave

Couchbase es una base de datos NoSQL que funciona como almacén de valores clave y como base de datos orientada a documentos. Su lenguaje de consulta basado en SQL, SQL++, facilita a los desarrolladores la transición desde las bases de datos tradicionales y el aprovechamiento de la flexibilidad de JSON para impulsar las aplicaciones modernas de su organización.

Para el almacenamiento de datos, Couchbase organiza los datos como pares clave-valor, y el modelo orientado a documentos de Couchbase permite que los valores sean documentos JSON complejos. Los documentos en formato JSON pueden indexarse en índices secundarios, que son índices sobre cualquier clave-valor o clave de documento. Esta flexibilidad da cabida a datos estructurados, semiestructurados y no estructurados.

Couchbase está optimizado para alto rendimiento de lectura y escriturapor lo que es adecuado para situaciones en las que es crucial acceder rápidamente a los datos. Admite la escalabilidad horizontal y gestiona eficazmente el volumen de datos y los aumentos de tráfico distribuyendo los datos entre varios nodos.

Este entrada del blog te guía a través de un conjunto de datos de ejemplo para mostrarte cómo funciona el almacén de valores clave Couchbase.

Conclusión

Las bases de datos clave-valor son una alternativa moderna a las bases de datos relacionales tradicionales que ofrecen mejor rendimiento, escalabilidad y flexibilidad para muchos casos de uso. Su diseño sin esquemas permite diversas estructuras de datos y una fácil evolución de las mismas a lo largo del tiempo. Su sencillo modelo de datos las hace fáciles de usar, mientras que sus funciones avanzadas las hacen adecuadas para los exigentes requisitos de las empresas.

Aunque las bases de datos de valor clave tienen algunas desventajas en comparación con las bases de datos relacionales, las soluciones más avanzadas se están volviendo rápidamente más sofisticadas y añaden capacidades para abordar las limitaciones anteriores. Couchbase es un ejemplo de base de datos distribuida NoSQL en la nube y almacén de valores clave que ofrece versatilidad, rendimiento, escalabilidad y valor para aplicaciones en la nube, móviles, de inteligencia artificial y de vanguardia.

Para obtener más información sobre las bases de datos de valores clave y las tecnologías relacionadas, consulte los siguientes documentos resources:

Tipos de bases de datos
6 tipos de modelos de datos
¿Qué es Couchbase?
Cómo guarda los datos Couchbase
Entender el servicio de datos Couchbase
Operaciones clave-valor en Couchbase
Operaciones clave-valor con Python
Operaciones clave-valor con PHP
Operaciones CRUD clave-valor en Couchbase
Más información sobre el almacén de valores clave Couchbase