Bancos de dados não relacionais (NoSQL)

Os bancos de dados não relacionais, também conhecidos como NoSQL (Not Only SQL), surgiram para lidar com limitações dos bancos de dados relacionais, especialmente em relação ao tratamento de grandes volumes de dados e a capacidade de escalar horizontalmente de maneira eficiente. Vamos detalhar isso um pouco mais:

Origens e Motivações

O termo NoSQL foi introduzido pela primeira vez no final dos anos 90 como um nome para um banco de dados relacional de código aberto que não possuía uma interface SQL. No entanto, a adoção do termo como conhecemos hoje não ocorreu até uma década depois, em 2009, quando foi usado para descrever uma série de bancos de dados que surgiram para resolver problemas que os bancos de dados relacionais tinham dificuldade em lidar.

Esses problemas surgiram principalmente devido ao crescimento explosivo da Internet e à necessidade de armazenar e processar volumes de dados muito grandes, frequentemente na forma de dados semi-estruturados ou não estruturados, como posts em mídias sociais, logs de servidores, dados de sensores, etc. Os bancos de dados relacionais, com sua estrutura rígida e dificuldade de escalar horizontalmente (ou seja, distribuir os dados entre vários servidores), não eram bem adequados para esses tipos de tarefas.

Fundamentos

Os bancos de dados NoSQL se desviam dos bancos de dados relacionais de várias maneiras importantes. Aqui estão algumas das características fundamentais:

• Estrutura de Dados Flexível: Em vez de usar tabelas com esquemas fixos, os bancos de dados NoSQL permitem uma variedade de estruturas de dados, incluindo documentos JSON, grafos, colunas largas e pares de chave-valor. Isso permite uma grande flexibilidade na organização dos dados.
• Escalar Horizontalmente: Os bancos de dados NoSQL são projetados para escalar horizontalmente, o que significa que eles podem distribuir os dados entre vários servidores para lidar com volumes de dados maiores. Isso contrasta com a abordagem de escalonamento vertical típica dos bancos de dados relacionais, onde você precisa de um servidor mais poderoso para lidar com mais dados.
• Sem ACID: A maioria dos bancos de dados NoSQL não adere completamente ao conjunto de propriedades ACID (Atomicidade, Consistência, Isolamento, Durabilidade) que caracterizam as transações dos bancos de dados relacionais. Em vez disso, eles seguem o teorema CAP, que afirma que é impossível para um sistema de banco de dados distribuído garantir simultaneamente Consistência (todos os nós veem os mesmos dados ao mesmo tempo), Disponibilidade (a garantia de que cada solicitação recebe uma resposta) e Tolerância à Partição (o sistema continua a operar mesmo que a comunicação entre os nós seja instável).

Utilidades

Os bancos de dados NoSQL são úteis para uma variedade de casos de uso, como:

• Dados Semi-estruturados ou Não estruturados: Como mencionado, os bancos de dados NoSQL são ótimos para lidar com dados que não se encaixam bem em um esquema de tabela rígida, como documentos JSON, texto livre, etc.
• Big Data e Processamento em Tempo Real: As empresas que precisam lidar com grandes volumes de dados e/ou precisam de análises e respostas em tempo real se beneficiam do desempenho e escalabilidade dos bancos de dados NoSQL. As redes sociais, a análise de sentimentos em tempo real, a monitorização em tempo real de tráfego ou clima, e a deteção de fraudes são exemplos de aplicativos que utilizam bancos de dados NoSQL.
• Desenvolvimento Ágil: Como os bancos de dados NoSQL não exigem um esquema fixo, eles são mais adaptáveis a mudanças. Isso os torna uma boa escolha para o desenvolvimento de software ágil, onde os requisitos podem mudar rapidamente.
  Comparação com Bancos de Dados RelacionaisOs bancos de dados relacionais têm sido o padrão de facto para armazenamento de dados durante décadas. Eles são baseados em um modelo de dados altamente estruturado, com dados armazenados em tabelas que têm esquemas fixos (definições de coluna). As relações entre as tabelas são definidas por chaves estrangeiras e as consultas são realizadas em SQL (Structured Query Language).Em comparação, os bancos de dados NoSQL oferecem uma maior flexibilidade com estruturas de dados, a capacidade de escalar horizontalmente e lidar com grandes volumes de dados. No entanto, eles também têm suas desvantagens. Por exemplo, a falta de um esquema fixo pode levar a inconsistências de dados e a falta de suporte total para transações ACID pode ser um problema para certos aplicativos que requerem consistência rigorosa de dados.Além disso, enquanto SQL é um padrão amplamente conhecido e utilizado, cada banco de dados NoSQL tem sua própria forma de consulta de dados, o que pode aumentar a curva de aprendizado.Exemplos de Bancos de Dados NoSQLExistem muitos bancos de dados NoSQL disponíveis, cada um com suas próprias características e vantagens. Aqui estão alguns exemplos:
• MongoDB: Um dos bancos de dados NoSQL mais populares, o MongoDB é um banco de dados orientado a documentos que usa JSON-like documentos com esquemas opcionais.
• Cassandra: Desenvolvido originalmente pelo Facebook, o Cassandra é um banco de dados de colunas amplas que se destaca pela sua capacidade de escalar e desempenho.
• Redis: Um armazenamento de estrutura de dados em memória, o Redis é frequentemente usado para caching e filas de mensagens devido ao seu alto desempenho.
• Neo4j: Um banco de dados de gráfico, o Neo4j é excelente para lidar com dados que têm muitas relações complexas, como redes sociais ou sistemas de recomendação.
• Amazon DynamoDB: Um serviço NoSQL completamente gerenciado oferecido pela Amazon Web Services, o DynamoDB é um banco de dados de chave-valor e documentos que oferece desempenho em milissegundos de um dígito em qualquer escala.

A escolha entre usar um banco de dados relacional ou NoSQL (ou uma combinação de ambos) depende em grande parte dos requisitos específicos do seu aplicativo, incluindo o tipo de dados que você está armazenando, o volume de dados,

as necessidades de desempenho, a facilidade de desenvolvimento e os requisitos de consistência dos dados.

É importante lembrar que nem todos os problemas de dados são melhores resolvidos com bancos de dados NoSQL. Os bancos de dados relacionais ainda são uma excelente escolha para muitas aplicações, especialmente aquelas que necessitam de transações complexas com várias operações, que requerem a aderência rigorosa às propriedades ACID ou que se beneficiam da maturidade e do amplo suporte das tecnologias relacionais.

Por outro lado, se você está lidando com um grande volume de dados (Big Data), precisa de alta velocidade e escalabilidade, ou se seus dados não se encaixam bem em um modelo tabular rígido, então um banco de dados NoSQL pode ser a melhor escolha.

Em muitos casos, uma abordagem híbrida que utiliza tanto bancos de dados relacionais quanto NoSQL pode ser a melhor solução. Isso permite que você aproveite os pontos fortes de cada tecnologia, enquanto minimiza suas desvantagens.

Como sempre, a melhor escolha depende dos detalhes específicos do seu caso e das necessidades do seu projeto ou organização. Portanto, entender tanto os bancos de dados relacionais quanto os não relacionais e quando usar cada um é uma habilidade valiosa para qualquer desenvolvedor de software ou cientista de dados.