NoSQL : la tendance au stockage structuré de données

Les exigences de dé­ve­lop­pe­ment d’ap­pli­ca­tions moderne ont connu une profonde ré­vo­lu­tion ces 15 dernières années. Des volumes de données crois­sants doivent être en­re­gis­trés, traités et mis à jour de plus en plus ra­pi­de­ment. Pour ce qui est de la gestion de gros volumes de données, les bases de données NoSQL ou non re­la­tion­nelles font depuis longtemps parler d’elles. Mais qu’est-ce que le NoSQL au juste ? Et quels sont les avantages de cette base de données moderne ?

Que recouvre l’acronyme NoSQL ?

NoSQL cor­res­pond à « not only SQL » et c’est en effet ce que ce modèle de base de données se veut être : non pas une con­tre­par­tie, mais bien un en­ri­chis­se­ment et com­plé­ment utile des bases de données SQL re­la­tion­nelles tra­di­tion­nelles. Ce faisant, les bases de données NoSQL dépassent les limites des systèmes re­la­tion­nels et ex­ploi­tent un modèle de base de données al­ter­na­tif. Cela ne veut toutefois pas dire qu’aucun système SQL n’est utilisé. Il existe de nom­breuses variantes combinées au sein des­quelles les deux solutions peuvent être utilisées et qui restent toutefois englobées sous l’étiquette NoSQL.

Jusqu’à la fin des années 2000, les bases de données SQL formaient le nec-plus-ultra en matière de dé­ve­lop­pe­ment d’ap­pli­ca­tions. D’autres approches, telles que les bases de données orientées objet n’ont jamais atteint de niveau d’im­por­tance élevé en raison de la com­plexité de leur gestion et de leur mise en œuvre. Une réelle al­ter­na­tive est née du dé­ve­lop­pe­ment des bases de données NoSQL : une solution aux res­tric­tions et problèmes liés aux bases de données re­la­tion­nelles. En effet, bien souvent, les bases de données re­la­tion­nelles n’ont pas su s’adapter aux exigences du dé­ve­lop­pe­ment d’ap­pli­ca­tions moderne. À l’inverse, les bases de données NoSQL ex­ploi­tent des nou­veau­tés, telles que les serveurs Cloud pour proposer un modèle de données al­ter­na­tif au sein duquel il est possible d’en­re­gis­trer et traiter de nom­breuses données diverses. Les struc­tures de données en résultant sont puis­santes et flexibles et peuvent ra­pi­de­ment réagir en fonction de l’évolution des exigences.

Les bases de données NoSQL sont souvent décrites comme des mémoires struc­tu­rées de stockage de données, ce qui met en évidence leur dif­fé­rence sig­ni­fi­ca­tive avec les bases de données SQL : con­trai­re­ment à ces dernières, les bases de données NoSQL n’ex­ploi­tent pas de schéma de table fixe dans lequel les données doivent être définies avant l’en­re­gis­tre­ment. Elles utilisent des méthodes plus flexibles leur per­met­tant d’en­re­gis­trer fa­ci­le­ment de nouveaux jeux de données et d’assurer leur mise à jour en continu au sein de l’ap­pli­ca­tion. Les NoSQL DB sont également adaptées au trai­te­ment de données non struc­tu­rées ou inconnues, ce qui serait to­ta­le­ment im­pos­sible avec une base de données re­la­tion­nelle.

Comment fonc­tion­nent les bases de données NoSQL ?

Con­trai­re­ment aux bases de données re­la­tion­nelles basées sur SQL, les bases de données NoSQL n’utilisent pas de tables tra­di­tion­nelles avec des lignes et des colonnes pour le stockage des données. Elles or­ga­ni­sent les gros volumes de données au moyen de tech­niques flexibles, telles que des documents, gra­phiques, paires de valeurs et colonnes. En ce sens, les bases de données NoSQL sont par­fai­te­ment adaptées aux ap­pli­ca­tions exigeant le trai­te­ment de larges volumes de données sur la base de struc­tures flexibles. Dans la mesure où les bases de données NoSQL ex­ploi­tent un cluster matériel et un serveur Cloud, les capacités sont réparties de manière uniforme et la base de données fonc­tionne avec fluidité, même en cas de volumes de données élevés. Con­trai­re­ment aux bases de données re­la­tion­nelles qui perdent ra­pi­de­ment de la puissance à mesure que le volume de données augmente, les bases de données NoSQL s’imposent comme une solution per­for­mante, flexible et évolutive pour le stockage de grosses quantités de données.

L’une des par­ti­cu­la­ri­tés des bases de données NoSQL est, en outre, leur capacité de di­men­sion­ne­ment ho­ri­zon­tal. Les bases de données SQL re­la­tion­nelles sont di­men­sion­nées ver­ti­ca­le­ment. Leur entière per­for­mance repose sur un seul et même serveur. Pour augmenter leur capacité, il faut investir dans un serveur plus puissant, ce qui, sur la durée est non seulement plus cher, mais limite également les pos­si­bi­li­tés de dé­ve­lop­pe­ment d’ap­pli­ca­tion. Les solutions NoSQL ré­par­tis­sent gé­né­ra­le­ment leurs données sur plusieurs serveurs. En cas d’aug­men­ta­tion du volume de données, de nouveaux serveurs peuvent alors fa­ci­le­ment être ajoutés. Les bases de données NoSQL peuvent ainsi en­re­gis­trer et traiter sans problème de gros volumes de données. Elles sont donc par­ti­cu­liè­re­ment adaptées aux ap­pli­ca­tions pour le Big Data.

Les quatre approches NoSQL prin­ci­pales

Les mémoires de données struc­tu­rées renoncent aux schémas fixes de leurs con­cur­rentes re­la­tion­nelles et con­vien­nent notamment aux ap­pli­ca­tions pour le Big Data. Partout dans le monde, des bases de données NoSQL diverses et variées, pour la plupart Open Source, sont conçues sur mesure, en fonction de leur four­nis­seur et des exigences qu’elles doivent remplir. Bien qu’il n’existe aucune rè­gle­men­ta­tion uniforme, les dif­fé­rentes approches NoSQL peuvent être divisées en quatre ca­té­go­ries prin­ci­pales.

Bases de données orientées documents

Dans le cas de bases de données NoSQL orientées documents ou « do­cu­men­taires » , les données sont di­rec­te­ment en­re­gis­trées dans des documents de diverses longueurs. Les données n’ont alors pas besoin d’être struc­tu­rées. Des attributs ou « Tags » divers leurs sont affectés. Les contenus du document peuvent alors être re­cher­chés sur cette base. Les bases de données NoSQL do­cu­men­taires sont par­ti­cu­liè­re­ment adaptées aux systèmes de gestion de contenu et aux blogs. Le format de données utilisé aujourd’hui est prin­ci­pa­le­ment JSON (JavaSscript Object Notation), ce qui permet un échange rapide de données entre les ap­pli­ca­tions.

Bases de données gra­phiques

Une base de données orientée graphe ou « graphique » établit des relations entre les données à l’aide de nœuds et d’arêtes. Le réseau de relation des données est organisé par les points nodaux et leurs con­nexions mutuelles. Dans le cas de volumes de données aux in­for­ma­tions fortement in­ter­con­nec­tées, les bases de données gra­phiques NoSQL pré­sen­tent une per­for­mance con­si­dé­ra­ble­ment su­pé­rieure à celle des bases de données SQL re­la­tion­nelles. Elles sont prin­ci­pa­le­ment utilisées dans le domaine des réseaux sociaux, pour re­pré­sen­ter, par exemple, les relations entre les abonnés sur Twitter ou Instagram.

Bases de données Clé-Valeur (Key Value)

Alors que les bases de données SQL re­la­tion­nelles ex­ploi­tent des schémas et tables fixes, les bases de données clés-valeurs en­re­gistrent les données sous forme de paires de valeurs cryptées. Les dif­fé­rentes valeurs sont affectées à des clés spé­ci­fiques, le jeu de données est lui-même ajouté en tant que clé (key) et re­pré­sente une valeur (value). La Key génère un index per­met­tant de lancer une recherche dans la base de données. Les Keys des bases de données Clé-Valeur (Key Value) sont toujours univoques et peuvent être comparées avec les Primary Keys des bases de données re­la­tion­nelles.

Bases de données orientées colonnes

Con­trai­re­ment aux modèles de bases de données re­la­tion­nelles, les systèmes de base de données orientées colonnes en­re­gistrent les jeux de données par colonne plutôt que par ligne. Cela accélère les processus de lecture des données et augmente les per­for­mances. Ce modèle NoSQL est avant tout utilisé pour les pro­grammes d’ex­plo­ra­tion et d’analyse des données.

Avantages du NoSQL par rapport à SQL

Selon l’objectif d’ap­pli­ca­tion, NoSQL présente certains avantages par rapport aux bases de données re­la­tion­nelles clas­siques. Alors que les systèmes SQL sont ra­pi­de­ment saturés, en cas d’uti­li­sa­tion avec des Big Data par exemple, les bases de données NoSQL peuvent lire et traiter de gros volumes de données à une vitesse record, grâce à ses modèles haute per­for­mance évolutifs.

Les bases de données NoSQL se dé­mar­quent des schémas fixes des systèmes SQL et offrent des modèles flexibles par­fai­te­ment adaptés au trai­te­ment de gros volumes de données. L’en­re­gis­tre­ment en clusters matériels les rend moins sensibles aux dys­fonc­tion­ne­ments et bien moins chères que l’ins­tal­la­tion d’un seul serveur puissant dont les res­sources s’épuisent ré­gu­liè­re­ment et doivent être rem­pla­cées.

Aperçu de cinq solutions NoSQL pri­vi­lé­giées

La plupart des bases de données NoSQL sont des logiciels Open Source librement dis­po­nibles. Ils sont ainsi aisément ac­ces­sibles. Vous pouvez té­lé­char­ger gra­tui­te­ment de nom­breuses ap­pli­ca­tions NoSQL, vous fa­mi­lia­ri­ser avec elles, puis les utiliser en com­plé­ment de votre base de données SQL. Les bases de données NoSQL ci-dessous ont déjà fait leurs preuves.

Cassandra

Cassandra est une base NoSQL en colonnes, optimisée pour le stockage et le trai­te­ment de jeux de données vo­lu­mi­neux.

CouchDB

La base de données do­cu­men­taire CouchDB exploite une API intuitive HTTP/JSON et peut être utilisée dans n’importe quel domaine d’ap­pli­ca­tion, que ce soit pour des Big Data et des ap­pli­ca­tions mobiles ou encore Web.

Neo4j

Avec Neo4j, vous pouvez intégrer vos données au sein d’une base graphique NoSQL basée sur le Cloud. En première ligne, vous pouvez ainsi re­pré­sen­ter dans des gra­phiques les relations entre les dif­fé­rents jeux de données et re­con­naître des modèles définis.

Redis

La Redis est ce que l’on appelle une base de données en mémoire : elle en­re­gistre di­rec­te­ment les données dans le cache et vous garantit ainsi de meil­leures per­for­mances.

MongoDB

MongoDB est l’une des bases de données NoSQL les plus po­pu­laires depuis des années. La base de données codée dans le langage de pro­gram­ma­tion C++ fonc­tionne en mode orienté documents et stocke les in­for­ma­tions au format BSON (Binary JSON).