NoSQL

NoSQLデータベースとは

No[SQL]]（Not only SQL）とは、関係データベース管理システム]以外の[[データベース管理システムの総称です。従来のRDBMSの制約を打破し、多様なデータ構造に対応するためのデータベースとして発展しました。NoSQLデータベースは、固定スキーマに縛られず、関係モデルの結合操作を必要とせず、水平スケーラビリティに優れている特徴があります。

NoSQLの特徴

柔軟なスキーマ: データ構造が固定されないため、柔軟なデータ管理が可能です。
水平スケーラビリティ: 複数のサーバーにデータを分散させることで、大量のデータ処理に対応できます。
高いパフォーマンス: 特定の用途に最適化されているため、RDBMSよりも高いパフォーマンスを発揮できる場合があります。

NoSQLの種類

NoSQLデータベースには、様々な種類があります。

Key-Value型: キーと値のペアでデータを格納するシンプルな形式。高速なデータアクセスが可能です。RedisやAmazon DynamoDBなどが該当します。
ドキュメント指向型: やXMLのようなドキュメント形式でデータを格納します。柔軟なデータ構造に対応でき、MongoDBやApache CouchDBなどが該当します。
カラム指向型: 列単位でデータを格納し、時系列データや統計分析に適しています。Apache CassandraやApache HBaseなどが該当します。
グラフ指向型: ノードとエッジで関係性を表現し、複雑なネットワーク構造を扱うのに適しています。Neo4jやAmazon Neptuneなどが該当します。

NoSQLの活用例

NoSQLデータベースは、以下のような場面で活用されています。

ビッグデータ: 大量のデータを効率的に処理する必要がある場合。
リアルタイム処理: 常に変化するデータをリアルタイムに解析する必要がある場合。
Webアプリケーション: 柔軟なデータ構造が必要な場合や、大量のアクセスに対応する必要がある場合。
IoT: 大量のセンサーデータを効率的に処理する必要がある場合。

歴史

NoSQLという用語は1998年に、SQLインタフェースを持たない軽量な関係データベースの名前として初めて使われました。2009年初頭に開催されたオープンソースの分散データベースについての会合で、RackspaceのEric Evansによって再導入されました。当初はRDBMSへのアンチテーゼとしての意味合いが強かったのですが、近年は「Not only SQL」と解釈され、RDBMSと共存する技術として認識されています。

アーキテクチャ

NoSQLデータベースは、データの整合性よりもパフォーマンスを優先する設計になっていることが多いです。そのため、ACID特性（原子性、一貫性、独立性、耐久性）を一部緩和したり、トランザクションの範囲を制限したりする場合があります。また、分散アーキテクチャを採用することで、高い可用性とスケーラビリティを実現しています。

代表的な実装

産業界で広く使われているNoSQLデータベースには、以下のようなものがあります。

Google BigTable: Googleが開発した大規模な分散ストレージシステム。
Amazon DynamoDB: Amazonが提供するフルマネージドなKey-Value型データベースサービス。
MongoDB: ドキュメント指向型データベースとして、Webアプリケーション開発で広く利用されています。
Redis: インメモリデータストアとして、高速なデータアクセスを実現します。
Apache Cassandra: 大規模なデータを分散処理するためのカラム指向型データベース。

まとめ

NoSQLデータベースは、RDBMSの制約にとらわれず、多様なデータ構造や大量のデータ処理に対応できる柔軟なデータベースです。ビッグデータやリアルタイム処理など、様々な分野で活用されており、今後の発展が期待されています。

オープンソースのプロジェクト例

Apache Cassandra - 分散データベース、ソート済みカラム指向型
Apache CouchDB - ドキュメント指向型
Apache HBase - 分散データベース、ソート済みカラム指向型
ArangoDB - multi-model database
Basho Riak - 分散データベース、キー・バリュー型
Chordless
Db4o - オブジェクトデータベース（Javaオブジェクトなどの格納）
GT.M
Hibari - 分散データベース、キー・バリュー型（日本発）
Hypertable - 分散データベース、ソート済みカラム指向型
Memcachedb
Mnesia - 分散データベース
MongoDB - 分散データベース、ドキュメント指向型
okuyama - 分散データベース、キー・バリュー型（日本発）
Project Voldemort - 分散データベース、キー・バリュー型
Redis - インメモリ・データベース、キー・バリュー型（リスト、マップ、ソート済みセットなど）
ScyllaDB - 分散データベース、Apache CassandraをC++へと移植し高速化したもの
SimpleDB
Neo4j - グラフ型
DEX
BaseX
eXist
AllegroGraph
OrientDB
InfiniteGraph - グラフ型
Sones GraphDB
InfoGrid
HyperGraphDB

実装例

ドキュメントストア

ドキュメントストア＋キーバリューストア＋グラフ

グラフ

トリプル/クアッドストア (RDF) データベース
SparkleDB
Virtuoso Universal Server
Ontotext-OWLIM
Apache JENA
Oracle NoSQL Database
MarkLogic

キーバリューストア
eventually consistent
Apache Cassandra
Dynamo
Hibari
OpenLink Virtuoso
Project Voldemort
Riak

ヒエラルキー
GT.M
InterSystems Caché

RAMキャッシュ
memcached
Redis
OpenLink Virtuoso
Hazelcast
Oracle Coherence

ソリッドステート・回転ディスク
Aerospike
BigTable
cdb
Couchbase Server
Keyspace
LevelDB
MemcacheDB（Berkeley DBを使用）
MongoDB
OpenLink Virtuoso
Tarantool
Tokyo Cabinet

タプルスペース
Oracle NoSQL Database

ordered
Berkeley DB
FoundationDB
IBM Informix C-ISAM
InfinityDB
MemcacheDB
NDBM



オブジェクトデータベース
db4o
GemStone/S
InterSystems Caché
JADE
NeoDatis ODB
ObjectDatabase++
ObjectDB
Objectivity/DB
ObjectStore
Odaba
Perst
OpenLink Virtuoso
Versant Object Database
WakandaDB
ZODB

タビュラー
Apache Accumulo
BigTable
Apache HBase
Hypertable
Mnesia
OpenLink Virtuoso

タプルストア
Apache River
OpenLink Virtuoso
Tarantool
GigaSpaces

ホスト型
Freebase
OpenLink Virtuoso
Datastore on Google Appengine
Amazon DynamoDB
Cloudant Data Layer (CouchDB)

マルチバリューデータベース
Northgate Information Solutions Reality, 元はPick/MV Database
Extensible Storage Engine (ESE/NT)
OpenQM
Revelation Software's OpenInsight
Rocket U2
D3 Pick database
InterSystems Caché
InfinityDB

参考文献

データベースマネジメントシステムの一覧
Triplestore
CAP定理

もう一度検索