SQL và NoSQL: Khác biệt quan trọng mà bạn cần biết

SQL và NoSQL là hai loại hình cơ sở dữ liệu phổ biến nhất hiện nay. Các nhà phát triển và doanh nghiệp có nhu cầu quản lý cơ sở dữ liệu cần có hiểu biết sâu sắc về những điểm khác biệt giữa SQL và NoSQL, đánh giá hiệu suất, khả năng lưu trữ, mở rộng và xử lý dữ liệu với nhu cầu sử dụng thực tế để lựa chọn loại hình phù hợp. Qua bài viết này, hãy cùng tìm hiểu sự khác biệt giữa SQL và NoSQL.

‍

SQL là gì

‍

Vào năm 1970, mô hình quan hệ cho cơ sở dữ liệu, một mô hình để tổ chức và lưu trữ dữ liệu trong các bảng có cấu trúc cột và hàng, lần đầu tiên được công bố bởi Tiến sĩ Edgar Codd trong bài báo. Đến năm 1974, IBM đã phát triển Hệ thống R, dự án đầu tiên để thực hiện mô hình quan hệ này cho việc lưu trữ dữ liệu, và họ đã phát triển SQL như là ngôn ngữ để tương tác với những cơ sở dữ liệu quan hệ này.

Đặc điểm của cơ sở dữ liệu SQL là được tạo thành từ các lược đồ (schema) và bảng:

• Lược Đồ (Schema): Xác định cấu trúc của cơ sở dữ liệu, bao gồm các bảng, trường của chúng, kiểu dữ liệu, giá trị có sẵn, và mối quan hệ.
• Bảng: Đơn vị cơ bản của cơ sở dữ liệu, biểu diễn các thực thể (ví dụ: thông tin về khách hàng, sản phẩm, hoặc giao dịch), với các hàng chứa từng bản ghi riêng lẻ cho mỗi thực thể (ví dụ: một khách hàng cụ thể) và các cột lưu trữ các thuộc tính cụ thể về thực thể (ví dụ: tên hoặc email của khách hàng).

Mô hình quan hệ này duy trì tính nhất quán thông qua hai loại khóa: (1) khóa chính định danh duy nhất cho mỗi bản ghi và (2) khóa ngoại tạo lập mối quan hệ giữa các bảng

‍

‍

SQL (Structured Query Language) hay Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc, phục vụ như một ngôn ngữ giao tiếp để quản lý những cơ sở dữ liệu này, cho phép tạo mới, truy xuất, cập nhật và xoá bỏ dữ liệu thông qua các lệnh chuẩn. Mô hình này và các thành phần của nó cung cấp một bộ khung mạnh mẽ và linh hoạt để tổ chức và truy vấn dữ liệu theo một cách đảm bảo tính toàn vẹn và liên kết xuyên suốt cơ sở dữ liệu.

‍

Ưu Điểm của SQL

‍

SQL cung cấp một tập hợp câu lệnh chuẩn để xác định, truy vấn, cập nhật và quản lý dữ liệu trong một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ (relational database management system). Các hoạt động chính của SQL bao gồm SELECT (truy vấn dữ liệu), INSERT (thêm bản ghi mới), UPDATE (sửa đổi bản ghi hiện có) và DELETE (loại bỏ bản ghi).

Khi sử dụng những câu lệnh này, SQL đảm bảo rằng các tính chất ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, and Durability) được duy trì. Điều này đảm bảo sự tin cậy và nhất quán của các thay đổi trong cơ sở dữ liệu.

‍

‍

‍

1. Nguyên Tử (Atomicity): Mọi thay đổi về dữ liệu phải đảm bảo trọn vẹn, nếu các tiến trình thực hiện thành công hoặc là sẽ không có bất kỳ sự thay đổi nào về dữ liệu nếu có sự cố tiến trình xảy ra.
2. Nhất quán (Consistency): Khi có một giao dịch được hoàn thành, tất cả dữ liệu phải được bảo toàn các mối liên kết dù cho tiến trình thao tác thành công hay thất bại.
3. Cô lập (Isolation): Nếu cùng một lúc, có nhiều tiến trình cùng diễn ra thì cần một cơ chế đưa ra để đảm bảo rằng các tiến trình này có thể hoạt động song song mà không ảnh hưởng đến nhau.
4. Bền vững (Durability): Khi giao dịch diễn ra thành công thì tác dụng nó tạo ra với cơ sở dữ liệu phải bền vững. Dù hệ thống có xảy ra bất kỳ lỗi gì thì dữ liệu luôn được khôi phục lại nguyên trạng.

Những tính chất cơ bản này của cơ sở dữ liệu SQL đảm bảo rằng các hệ thống cơ sở dữ liệu tin cậy và nhất quán, ngay cả trong trường hợp có sự cố không mong đợi hoặc lỗi hệ thống.

‍

Các hệ thống Cơ sở dữ liệu SQL phổ biến

‍

Có ba RDBMS được sử dụng phổ biến:

• MySQL: MySQL là một RDBMS mã nguồn mở, thuộc sở hữu của Oracle, nổi tiếng với tốc độ, độ tin cậy và dễ sử dụng. MySQL thường được sử dụng trong môi trường LAMP stack (Linux, Apache, MySQL, PHP/Python/Perl) cho các ứng dụng web từ nhỏ đến trung bình.
• PostgreSQL: Một hệ thống cơ sở dữ liệu đối tượng-quan hệ mã nguồn mở với các tính năng tiên tiến. PostgreSQL thường được sử dụng cho các ứng dụng quy mô lớn, data warehouse và dữ liệu địa không gian.
• Microsoft SQL Server: Một RDBMS độc quyền của Microsoft, là một phần của bộ sản phẩm với các phiên bản như Express, Standard và Enterprise. Microsoft SQL Server tích hợp tốt với hệ sinh thái của Microsoft và phù hợp cho các ứng dụng đa dạng từ doanh nghiệp nhỏ đến doanh nghiệp lớn.

‍

NoSQL là gì?

‍

Cơ sở dữ liệu phi quan hệ NoSQL (Not Only SQL) được tạo ra trong bối cảnh Big Data trở nên phổ biến và nhu cầu tăng cường khả năng mở rộng của hệ thống cơ sở dữ liệu. Khi các cơ sở dữ liệu quan hệ truyền thống gặp khó khăn trong việc quản lý hiệu quả lượng lớn dữ liệu không cấu trúc và bán cấu trúc thường thấy trong big data hiện đại, cơ sở dữ liệu NoSQL đem đến sự linh hoạt và khả năng mở rộng tốt hơn nhờ khả năng xử lý hiệu quả các loại dữ liệu đa dạng, thích nghi nhanh với sự tăng trưởng dữ liệu và phân phối dữ liệu qua nhiều máy chủ một cách hiệu quả.

Đặc điểm của Cơ sở dữ liệu NoSQL: Trái ngược với cơ sở dữ liệu SQL, cơ sở dữ liệu NoSQL sử dụng lược đồ động và hỗ trợ các mô hình dữ liệu khác nhau để đáp ứng nhu cầu ứng dụng đa dạng. Không giống như lược đồ cố định, đã được xác định trước của cơ sở dữ liệu quan hệ, cơ sở dữ liệu phi quan hệ cho phép tính linh hoạt. Các bản ghi khác nhau trong cùng một cơ sở dữ liệu có thể có các trường khác nhau. Ví dụ, trong một cơ sở dữ liệu khách hàng, một khách hàng có thể có trường tên và tuổi trong khi khách hàng khác có trường tên và email.

‍

‍

Có nhiều loại cơ sở dữ liệu NoSQL khác nhau:

• Cửa hàng Tài liệu (Document Stores): Lưu trữ và truy xuất dữ liệu dưới dạng một cặp giá trị khóa (key value pair), nhưng phần giá trị được lưu trữ dưới dạng tài liệu ở định dạng JSON hoặc XML. Chúng thường được sử dụng trong các hệ thống quản lý nội dung, nền tảng thương mại điện tử và ứng dụng thời gian thực. Một ví dụ phổ biến của hệ thống này là MongoDB.
• Cơ Sở Dữ Liệu Khóa-Giá Trị (Key-Value Database): Đây là hình thức đơn giản nhất của cơ sở dữ liệu NoSQL, nơi mỗi đơn vị dữ liệu được lưu trữ dưới dạng một cặp khóa-giá trị. Những hệ thống này hiệu quả và hữu ích trong các kịch bản khi nhiều dữ liệu cần được truy cập nhanh chóng với thời gian phản hồi nhanh. Hai ví dụ phổ biến của cơ sở dữ liệu NoSQL khóa-giá trị là Redis và Amazon DynamoDB.
• Cơ Sở Dữ Liệu Đồ Thị (Graph Database): Những cơ sở dữ liệu này biểu diễn các mối quan hệ giữa các thực thể dữ liệu. Do đó, chúng rất hữu ích trong các kịch bản khi mối quan hệ là quan trọng, chẳng hạn như trong mạng xã hội hoặc hệ thống gợi ý. Hai ví dụ phổ biến của Cơ sở Dữ liệu Đồ Thị là Neo4j và Amazon Neptune.
• Cơ Sở Dữ Liệu Dạng Cột (Column-Family Database): Cơ sở dữ liệu dạng cột biểu diễn dữ liệu theo cột thay vì hàng. Chúng phù hợp nhất cho các hệ thống phân tán quy mô lớn và các hệ thống thường xuyên đọc và ghi như ứng dụng chuỗi thời gian và ứng dụng IoT. Các cơ sở dữ liệu dạng cột thường được sử dụng bao gồm Apache Cassandra và HBase.

Việc quyết định sử dụng loại nào phụ thuộc vào ứng dụng bạn đang sử dụng cơ sở dữ liệu NoSQL

‍

Ưu điểm của NoSQL:

‍

Cơ sở dữ liệu NoSQL được thiết kế để mở rộng theo chiều ngang, cho phép các tổ chức xử lý lượng dữ liệu tăng lên bằng cách thêm máy chủ vào hệ thống phân tán. Điều này làm cho chúng phù hợp với các ứng dụng có lượng dữ liệu đang tăng trưởng và khó dự đoán trước.

Nhiều cơ sở dữ liệu NoSQL cũng cung cấp tính năng tự động phân mảnh và cân bằng tải, phân phối dữ liệu qua nhiều nút để đảm bảo sử dụng tài nguyên hiệu quả và cải thiện hiệu suất. Khả năng này cho phép các hệ thống mở rộng lên hoặc thu nhỏ lại một cách linh hoạt dựa trên nhu cầu và được biết đến với tên gọi tính đàn hồi.

Sử dụng lược đồ động, Cơ sở dữ liệu NoSQL cho phép biểu diễn dữ liệu một cách linh hoạt. Điều này có nghĩa là các trường trong một bản ghi có thể thay đổi giữa các tài liệu khác nhau, thích nghi với các cấu trúc dữ liệu đa dạng và phát triển thường gặp trong các ứng dụng hiện đại.

Chúng cũng hoạt động tốt trên các loại dữ liệu phi cấu trúc và bán cấu trúc như JSON và XML. Dữ liệu ngày nay thường không thể đoán trước, đặc biệt là dữ liệu do người dùng tạo ra, và NoSQL xử lý việc lưu trữ dữ liệu này rất tốt.

‍

Các hệ thống cơ sở dữ liệu NoSQL phổ biến:

‍

Một số hệ thống cơ sở dữ liệu NoSQL được sử dụng phổ biến nhất bao gồm:

• MongoDB: Cơ sở dữ liệu NoSQL hướng tài liệu phổ biến, lưu trữ dữ liệu trong các tài liệu BSON linh hoạt, giống như JSON, cung cấp khả năng mở rộng và hiệu suất cao cho các loại dữ liệu khác nhau.
• Cassandra: Một cơ sở dữ liệu NoSQL phân tán và có khả năng mở rộng cao, được thiết kế để xử lý lượng lớn dữ liệu qua nhiều máy chủ với kiến trúc phi tập trung, phù hợp cho các ứng dụng tốc độ cao và khối lượng lớn.
• Redis: Một kho lưu trữ cấu trúc dữ liệu trong bộ nhớ được biết đến với tốc độ và tính đa năng, phục vụ như một cơ chế cache, trung gian tin nhắn và kho lưu trữ khóa-giá trị, hỗ trợ cho nhiều cấu trúc dữ liệu như chuỗi, hash và tập hợp.

‍

Những điểm khác biệt chính giữa SQL và NoSQL

‍

Hãy so sánh SQL và NoSQL để hiểu rõ hơn về điểm chung và khác biệt giữa hai loại:

Cấu trúc dữ liệu:

Cơ sở dữ liệu SQL, đặc trưng bởi mô hình dữ liệu có cấu trúc, thực thi một lược đồ (schema) được định nghĩa trước, nơi dữ liệu phải vừa khít trong các bảng có các cột và kiểu dữ liệu cụ thể. Cấu trúc cố định này đảm bảo tính nhất quán, phục vụ tốt nhất cho các ứng dụng yêu cầu dữ liệu ổn định và có thể dự đoán được.

Ngược lại, cơ sở dữ liệu NoSQL áp dụng mô hình dữ liệu linh hoạt, cho phép lưu trữ dữ liệu động không theo lược đồ. Sự linh hoạt này cho phép các nhà phát triển chèn dữ liệu mà không cần xác định trước lược đồ. Cơ sở dữ liệu NoSQL phù hợp với kịch bản nơi cấu trúc dữ liệu có thể không được định nghĩa hoặc thay đổi thường xuyên.

Khả năng mở rộng:

Hệ thống SQL phụ thuộc vào khả năng mở rộng theo chiều dọc, yêu cầu cải thiện và thêm nguồn lực vào cùng một máy chủ để tăng khả năng tải lên. Ngược lại, hệ thống NoSQL có khả năng mở rộng theo chiều ngang, được thực hiện bằng cách thêm máy chủ hoặc nút vào trong hệ thống phân tán, giúp tăng khả năng xử lý.

Trong hệ thống NoSQL, các nút giao tiếp với nhau và phân bổ tải, vì vậy việc thêm nút giúp tăng tổng khả năng của hệ thống. Đây là giải pháp mở rộng khả năng quản lý và tối ưu chi phí trong bối cảnh việc quản lý cơ sở dữ liệu đang phát triển và lưu lượng cơ sở dữ liệu tăng lên.

Tính linh hoạt của lược đồ:

Cơ sở dữ liệu SQL sử dụng lược đồ được định nghĩa trước, thiết lập cấu trúc cố định cho việc tổ chức dữ liệu và yêu cầu các bảng tuân theo. Ngược lại, cơ sở dữ liệu NoSQL chấp nhận lược đồ động, cung cấp sự linh hoạt trong biểu diễn dữ liệu. Những cơ sở dữ liệu này cho phép chèn dữ liệu mà không cần một cấu trúc được xác định trước, cho phép các nhà phát triển điều chỉnh lược đồ một cách linh hoạt.

Sự linh hoạt này đặc biệt có lợi cho việc xử lý các loại dữ liệu đa dạng, phát triển và không dự đoán được. Do đó, cơ sở dữ liệu NoSQL hoạt động tốt trong các kịch bản nơi cấu trúc dữ liệu có thể không được biết trước hoàn toàn hoặc thường xuyên thay đổi, trong khi cơ sở dữ liệu SQL hoạt động tốt khi dữ liệu được tổ chức tốt và có thể dự đoán.

Tính toàn vẹn giao dịch

Các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu SQL và NoSQL áp dụng các phương pháp khác nhau để đảm bảo độ tin cậy. SQL dựa vào các tính chất ACID (Nguyên tử, Nhất quán, Cô lập, Bền vững), như chúng ta đã thảo luận ở trên, đảm bảo sự nhất quán ngay lập tức và nghiêm ngặt trong cơ sở dữ liệu. Các truy vấn SQL đảm bảo rằng tất cả hoặc không có thay đổi nào được thực hiện trong một giao dịch sẽ được cam kết vào cơ sở dữ liệu và có quy tắc về cách xử lý các giao dịch đồng thời và các sự kiện bất ngờ.

Mặt khác, các cơ sở dữ liệu NoSQL, nhấn mạnh vào khả năng mở rộng và kiến trúc phân tán, áp dụng khái niệm nhất quán cuối cùng. Nhất quán cuối cùng thừa nhận rằng, trong một hệ thống phân tán, có thể mất một thời gian để tất cả các nút hội tụ về một trạng thái nhất quán sau một cập nhật. Mặc dù cơ sở dữ liệu NoSQL hy sinh sự nhất quán tức thì để đạt được khả năng mở rộng và chịu lỗi, chúng đảm bảo rằng, với đủ thời gian, tất cả các bản sao của dữ liệu cuối cùng sẽ hội tụ về cùng một trạng thái.

Sự đánh đổi này cho phép các hệ thống NoSQL xử lý các môi trường phân tán, quy mô lớn nơi sự nhất quán thời gian thực có thể khó đạt được một cách hiệu quả.

‍

Lựa Chọn Giữa SQL và NoSQL

‍

Cơ sở dữ liệu SQL phù hợp khi dữ liệu có cấu trúc và dự đoán được, các mối quan hệ phức tạp cần được ghi nhận một cách chính xác, và tính toàn vẹn dữ liệu tức thì là quan trọng.

Cấu trúc cố định và các thuộc tính ACID của SQL làm cho nó phù hợp với các loại ứng dụng này.

Một số ứng dụng phổ biến của cơ sở dữ liệu SQL là:

• Ứng dụng tài chính nơi yêu cầu tính nhất quán nghiêm ngặt, dữ liệu thường được cấu trúc tốt và có thể biểu diễn dưới dạng bảng
• Hệ thống quản lý quan hệ khách hàng (CRM) nơi dữ liệu thường được cấu trúc tốt, và có thể có nhiều mối quan hệ cần được biểu diễn một cách chính xác.

Các ngành phù hợp: Tài chính, Bán lẻ, Khu vực công, …

Cơ sở dữ liệu NoSQL hoạt động tốt nhất trong các trường hợp cần cấu trúc dữ liệu linh hoạt giúp thích nghi với thông tin và lược đồ mới, yêu cầu khả năng mở rộng và hiệu suất, và đối với dữ liệu không cấu trúc. Cơ sở dữ liệu NoSQL được ứng dụng trong:

• Phân tích dữ liệu lớn theo thời gian thực, yêu cầu hiệu suất nhanh và khả năng mở rộng
• Cơ sở dữ liệu của các trang mạng xã hội nơi phần lớn dữ liệu đầu vào là không cấu trúc và không thể dự đoán.

Các ngành phù hợp: Truyền thông xã hội, Logistics và chuỗi cung ứng, Game, …

‍

Lời kết

‍

Việc lựa chọn giữa cơ sở dữ liệu SQL và NoSQL rất quan trọng bởi nó ảnh hưởng đến hiệu suất, khả năng mở rộng và khả năng thích ứng với các loại dữ liệu, trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng phản hồi của các ứng dụng dựa trên dữ liệu.

SQL, với mô hình quan hệ có cấu trúc, phù hợp với tình huống nơi dữ liệu và mối quan hệ được xác định rõ ràng, đảm bảo tính nhất quán tức thì. Ngược lại, cơ sở dữ liệu NoSQL cung cấp sự linh hoạt và khả năng mở rộng, phục vụ cho các loại dữ liệu không cấu trúc, động, thường gặp trong các ứng dụng hiện đại.

Khi dữ liệu ngày càng trở nên phổ biến, việc hiểu rõ điểm khác biệt giữa những công nghệ cơ sở dữ liệu phổ biến này trở nên thiết yếu hơn bao giờ hết, giúp doanh nghiệp tận dụng tối đa được sức mạnh của công nghệ

‍