Banco de dados de valores-chave

O que é um banco de dados de valor-chave?

Um banco de dados de valor-chave é um tipo de NoSQL banco de dados que armazena dados como uma coleção de pares chave-valor em que cada chave exclusiva está associada a um valor de dados específico. A velocidade e a eficiência dos bancos de dados de valor-chave os tornam uma boa opção para necessidades simples de armazenamento e recuperação de dados quando o foco é o alto desempenho. Sua estrutura sem esquema permite flexibilidade na representação de dados, tornando-os adequados para uma ampla variedade de aplicativos, desde sistemas de cache até análises em tempo real.

Esta página abrange:

• Como funcionam os bancos de dados de valores-chave
• Recursos do banco de dados de valores-chave
• Casos de uso de bancos de dados de valores-chave
• Vantagens e desvantagens dos bancos de dados de valores-chave
  
• Exemplos de bancos de dados de valores-chave
• Couchbase e armazenamento de valores-chave
• Conclusão

Como funcionam os bancos de dados de valores-chave

Para ilustrar como um banco de dados de valor-chave funciona, usaremos um exemplo simples do banco de dados de valor-chave do Couchbase. O Couchbase armazena dados como documentos, como o abaixo, que é um documento JSON. O JSON é um formato de dados popular porque é fácil de ler e escrever, tanto para humanos quanto para máquinas, é leve e é bem conhecido, com amplo suporte.

Em um banco de dados de valores-chave, cada documento em sua totalidade é um valor e tem uma chave. Esse sistema de armazenamento é o que torna um banco de dados um banco de dados de valor-chave. Neste exemplo, airline_10 é a chave e o JSON é o valor. Os dados em um documento podem assumir a forma de pares de valores-chave (como neste exemplo), mas não é obrigatório. Por exemplo, os dados podem ser XML, binários ou muitas outras formas de dados estruturados, semiestruturados ou não estruturados.

Recursos do banco de dados de valores-chave

Embora cada banco de dados de valor-chave seja único, eles compartilham vários recursos que os tornam uma opção atraente em geral para muitos casos de uso modernos. Alguns dos recursos mais importantes são:

Design sem esquema - A ausência de um esquema fixo permite a representação flexível dos dados. Os bancos de dados de valores-chave acomodam diversas estruturas de dados em um único banco de dados, permitindo que você desenvolva facilmente suas estruturas de dados ao longo do tempo.

Modelo de dados simples - Um modelo de dados simples torna os bancos de dados de valor-chave fáceis de usar para os requisitos básicos. Os métodos de acesso aos dados também são bastante simples (por exemplo, obter, substituir, remover).

Suporte para tipos de dados complexos - Você pode armazenar estruturas de dados complexas e aninhadas como valores. Esse recurso permite representar diversos tipos de dados em um único par chave-valor para uma modelagem de dados abrangente.

Suporte de chave secundária - As chaves secundárias permitem que você acesse valores usando mais de uma chave. Esse recurso aumenta a flexibilidade na recuperação de dados, expandindo os recursos de consulta do seu aplicativo e facilitando padrões de acesso mais diversificados.

Particionamento e sharding - O suporte para particionamento e fragmentação de dados pode aprimorar o processamento paralelo, o balanceamento de carga e a escalabilidade. Os bancos de dados de valor-chave mais avançados oferecem suporte à distribuição automática do seu banco de dados em vários data centers. O recurso banco de dados distribuídopor exemplo, oferece esse suporte por meio de fragmentação automática.

Replicação - A replicação de dados em vários nós garante redundância, alta disponibilidade e tolerância a falhas para reduzir o risco de perda de dados ou interrupções de serviço.

Suporte a ACID - O ACID (atomicidade, consistência, isolamento, durabilidade) para transações é um elemento básico dos bancos de dados relacionais, fornecendo integridade e confiabilidade dos dados mesmo diante de falhas ou erros do sistema. Historicamente, o ACID demorou a se popularizar nos bancos de dados NoSQL porque neutraliza o benefício das velocidades mais rápidas, mas está se tornando mais comum. O Couchbase, por exemplo, suporta transações ACID distribuídas com vários documentos em escala sem sacrificar a flexibilidade ou a alta disponibilidade.

Casos de uso de bancos de dados de valores-chave

A versatilidade dos bancos de dados de valores-chave os torna uma opção ideal para atender a uma ampla variedade de requisitos de aplicativos modernos com simplicidade, velocidade e escalabilidade. Os bancos de dados de valor-chave são frequentemente escolhidos para:

Armazenamento em cache
Os bancos de dados de valores-chave são excelentes em cenários de cache em que o acesso rápido a dados usados com frequência é crucial para a otimização do desempenho.

Perfis de usuário
Os bancos de dados de valores-chave são adequados para fornecer uma solução rápida e dimensionável para armazenar e gerenciar informações relacionadas ao usuário, como nome de usuário, e-mail e preferências do usuário.

Armazenamento de sessão
Os bancos de dados de valores-chave são eficazes para gerenciar dados de sessão porque garantem acesso rápido e atualizações para logins, autenticações e interações.

Análise em tempo real
O acesso de alta velocidade aos dados torna os bancos de dados de valor-chave adequados para cenários de análise em que a recuperação rápida de dados é essencial. Os exemplos incluem preços dinâmicos, ofertas de marketing personalizadas e pontuações de crédito em tempo real.

Catálogos de produtos
Os bancos de dados de valores-chave oferecem uma maneira simples e eficiente de gerenciar catálogos de produtos, principalmente em cenários em que os produtos têm uma grande variedade de atributos diferentes. A representação dos detalhes do produto usando pares de valores-chave permite atualizações flexíveis e recuperação rápida para aplicativos de comércio eletrônico.

Vantagens e desvantagens dos bancos de dados de valores-chave

Os bancos de dados relacionais tradicionais são os mais usados e utilizam a linguagem de consulta mais popular, a SQL. As seguintes vantagens e desvantagens dos bancos de dados de valores-chave são, portanto, apresentadas em comparação com bancos de dados relacionais e SQL.

Vantagens

Simplicidade - Os bancos de dados de valores-chave têm um modelo de dados simples que reduz a complexidade do projeto do banco de dados e das operações de consulta. Essa simplicidade aumenta a facilidade de uso e desenvolvimento.

Alto desempenho - Os bancos de dados de valores-chave são otimizados para operações rápidas de leitura e gravação, o que proporciona acesso rápido aos dados armazenados. Essa otimização é um fator essencial para proporcionar alto desempenho geral para aplicativos com requisitos de velocidade exigentes.

Escalabilidade - Os bancos de dados de valores-chave oferecem escalabilidade horizontal permitindo a adição de nós para lidar com o aumento do volume de dados e do tráfego. Essa escalabilidade horizontal torna mais fácil e econômico o crescimento de um sistema para acomodar as necessidades em evolução. O Couchbase usa sharding automático baseado em chave para distribuir os dados uniformemente em um cluster, de modo que os desenvolvedores não precisam se preocupar com a configuração de chaves de shard, particionamento ou hot spots.

Flexibilidade - Um design sem esquema oferece suporte a diversas estruturas de dados em um único banco de dados e acomoda facilmente estruturas de dados em evolução. Esses recursos são particularmente vantajosos quando os modelos de dados precisam ser alterados ao longo do tempo.

Cache eficiente - Os bancos de dados de valores-chave são muito eficientes em armazenamento em cache porque sua estrutura simples permite acesso rápido e direto aos dados sem estruturas relacionais complexas. O desempenho geral do sistema é aprimorado com a redução da necessidade de buscar repetidamente os mesmos dados em sistemas de armazenamento mais lentos.

Desvantagens

Recursos de consulta limitados - Os bancos de dados de valores-chave não têm recursos avançados de consulta em comparação com os bancos de dados relacionais, o que os torna menos adequados para cenários complexos de consulta e análise que envolvem várias uniões e relacionamentos. O Couchbase resolve esse problema usando SQL++ para dar suporte a sintaxes sofisticadas, como JOINs e subconsultas, e também fornece acesso inovador a recursos JSON, como objetos aninhados e matrizes.

Desafios de integridade de dados - Garantir a integridade dos dados pode ser um desafio em bancos de dados de valores-chave, especialmente em ambientes distribuídos. Muitos não impõem o mesmo nível de consistência e integridade referencial que os bancos de dados relacionais tradicionais. Uma abordagem diferente para a modelagem de dados, como a modelagem de dados JSON, pode atenuar os desafios. Além disso, consulte nossa discussão sobre o suporte a ACID na seção de recursos acima.

Curva de aprendizado para o paradigma NoSQL - A adaptação ao NoSQL pode representar uma curva de aprendizado intimidadora para os desenvolvedores acostumados aos modelos de banco de dados relacionais e SQL. O Couchbase usa SQL++ para que os desenvolvedores possam usar suas habilidades SQL existentes para criar aplicativos modernos com todos os benefícios do JSON.

Exemplos de bancos de dados de valores-chave

• Redis é um banco de dados de valor-chave na memória, de código aberto, conhecido por sua velocidade e versatilidade. Ele suporta várias estruturas de dados, como strings, hashes, listas e conjuntos. Como um banco de dados totalmente na memória, o Redis é frequentemente usado como um cache junto com outro banco de dados.
• Amazon DynamoDB é um serviço de banco de dados de documentos e valores-chave totalmente gerenciado fornecido pela Amazon Web Services (AWS). É comumente usado para aplicativos com cargas de trabalho dinâmicas e está integrado ao ecossistema da AWS, o que o torna conveniente para aplicativos baseados em nuvem.
• Couchbase fornece uma estrutura de documento JSON flexível que facilita o armazenamento e a recuperação de dados complexos. Ele é reconhecido por sua facilidade de escalabilidade e distribuição eficiente de dados. Seus recursos exclusivos incluem a linguagem de consulta SQL++ e a capacidade de funcionar como banco de dados de documentos, armazenamento de valores-chave e cache.

Couchbase e armazenamento de valores-chave

O Couchbase é um banco de dados NoSQL que funciona como um armazenamento de valores-chave e um banco de dados orientado a documentos. Sua linguagem de consulta baseada em SQL, SQL++, facilita a transição dos desenvolvedores dos bancos de dados tradicionais e aproveita a flexibilidade do JSON para alimentar os aplicativos modernos de suas organizações.

Para o armazenamento de dados, o Couchbase organiza os dados como pares de valores-chave, e o modelo orientado a documentos do Couchbase permite que os valores sejam documentos JSON complexos. Os documentos no formato JSON podem ser indexados em índices secundários, que são índices em qualquer chave-valor ou chave de documento. Essa flexibilidade acomoda dados estruturados, semiestruturados e não estruturados.

O Couchbase é otimizado para alto desempenho de leitura e gravaçãotornando-o adequado para cenários em que o acesso rápido aos dados é crucial. Ele oferece suporte à escalabilidade horizontal e lida com eficiência com o aumento do volume de dados e do tráfego, distribuindo os dados em vários nós.

Isso postagem no blog orienta você em um conjunto de dados de amostra para mostrar como funciona o armazenamento de valores-chave do Couchbase.

Conclusão

Os bancos de dados de valores-chave são uma alternativa moderna aos bancos de dados relacionais tradicionais que oferecem melhor desempenho, escalabilidade e flexibilidade para muitos casos de uso. Seu design sem esquema permite diversas estruturas de dados e a fácil evolução dessas estruturas ao longo do tempo. Um modelo de dados simples os torna fáceis de usar, enquanto os recursos avançados os tornam adequados para requisitos empresariais exigentes.

Embora os bancos de dados de valor-chave tenham algumas desvantagens em comparação com os bancos de dados relacionais, as soluções mais avançadas estão rapidamente se tornando mais sofisticadas e adicionando recursos para lidar com as limitações anteriores. O Couchbase é um exemplo de banco de dados em nuvem NoSQL distribuído líder e armazenamento de valor-chave que oferece versatilidade, desempenho, escalabilidade e valor para aplicativos em nuvem, móveis, IA e de borda.

Para saber mais sobre bancos de dados de valores-chave e tecnologias relacionadas, confira resources:

Tipos de bancos de dados
6 tipos de modelos de dados
O que é o Couchbase?
Como o Couchbase salva os dados
Entendendo o serviço de dados do Couchbase
Operações de valor-chave no Couchbase
Operações de valor-chave com Python
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Operações CRUD de valor-chave no Couchbase
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