キー・バリュー・データベース

キー・バリュー・データベースとは何か？

キー・バリュー・データベースは ノーエスキューエル データをキーと値のペアの集まりとして格納するデータベースで、一意のキーが特定のデータ値と関連付けられている。キー・バリュー・データベースは、その速度と効率性から、単純なデータの保存や検索を行う際に、高いパフォーマンスを重視する場合に適しています。スキーマのない構造により、データ表現に柔軟性があるため、キャッシュシステムからリアルタイム分析まで、さまざまなアプリケーションに適しています。

このページで取り上げている：

• キー・バリュー・データベースの仕組み
• キー・バリュー・データベースの特徴
• キー・バリュー・データベースの使用例
• キー・バリュー・データベースの利点と欠点
  
• キー・バリュー・データベースの例
• Couchbaseとキーバリューストア
• 結論

キー・バリュー・データベースの仕組み

キー・バリュー・データベースがどのように機能するかを説明するために、Couchbaseキー・バリュー・データベースの簡単な例を使う。Couchbaseは、下のようなドキュメントとしてデータを保存しますが、これはたまたまJSONドキュメントです。JSONは、人間にとっても機械にとっても読み書きが簡単で、軽量であり、幅広いサポートでよく知られているため、人気のあるデータ形式です。

キー・バリュー・データベースでは、ドキュメント全体がバリューであり、キーを持っている。.この記憶システムが、データベースをキー・バリュー・データベースにしている。この例では、airline_10がキーで、JSONが値である。ドキュメント内のデータ自体は、（この例のように）キーと値のペアの形をとることができますが、そうである必要はありません。たとえば、データはXML、バイナリ、または構造化、半構造化、非構造化データの他の多くのフォームである可能性があります。

キー・バリュー・データベースの特徴

キー・バリュー・データベースはそれぞれユニークですが、多くの現代的なユースケースにおいて総合的に魅力的な選択肢となる数多くの特徴を共有しています。最も重要な特徴は以下のとおりです：

スキーマレスデザイン - 固定スキーマがないため、柔軟なデータ表現が可能です。キー・バリュー・データベースは、1つのデータベース内で多様なデータ構造に対応するため、時間の経過とともにデータ構造を容易に進化させることができます。

シンプルなデータモデル - わかりやすいデータモデルにより、キー・バリュー・データベースは基本的な要件に対して使いやすいものとなっている。データアクセスメソッドも非常にシンプルである（例：get、replace、remove）。

複雑なデータ型のサポート - 複雑でネストされたデータ構造を値として格納することができます。この機能により、1つのキーと値のペアの中で多様なデータ型を表現し、包括的なデータモデリングを行うことができます。

セカンダリー・キー・サポート - セカンダリ・キーを使用すると、複数のキーを使用して値にアクセスできます。この機能は、アプリケーションのクエリ機能を拡張し、より多様なアクセスパターンを容易にすることで、データ検索の柔軟性を高めます。

パーティショニングとシャーディング - データのパーティショニングとシャーディングをサポートすることで、並列処理、負荷分散、スケーラビリティを強化することができます。最先端のKey-Valueデータベースは、複数のデータセンターへのデータベースの自動分散をサポートしています。Couchbaseの 分散型データベース例えば、自動シャーディングによってこのサポートを提供している。

レプリケーション - 複数のノードにデータを複製することで、冗長性、高可用性、耐障害性を確保し、データ損失やサービス中断のリスクを低減します。

ACIDサポート - トランザクションのACID（atomicity、consistency、isolation、durability）はリレーショナル・データベースの定番であり、システム障害やエラーに直面してもデータの整合性と信頼性を提供する。歴史的に、ACIDは高速化の利点を打ち消すため、NoSQLデータベースでは普及が遅れていたが、一般的になりつつある。例えばCouchbaseは 分散マルチドキュメントACIDトランザクション 柔軟性や高可用性を犠牲にすることなく、スケールアップが可能です。

キー・バリュー・データベースの使用例

キー・バリュー・データベースは汎用性が高いため、シンプルさ、スピード、スケーラビリティを備えたさまざまな最新アプリケーションの要件に対応する理想的なオプションです。キー・バリュー・データベースは、次のような用途によく選ばれています：

キャッシング
キー・バリュー・データベースは、頻繁に使用されるデータに素早くアクセスすることがパフォーマンスの最適化にとって重要であるキャッシュ・シナリオに優れています。

ユーザープロファイル
キー・バリュー・データベースは、ユーザー名、電子メール、ユーザー設定などのユーザー関連情報を保存・管理するための、高速でスケーラブルなソリューションを提供するのに適しています。

セッションストレージ
キー・バリュー・データベースは、ログイン、認証、インタラクションのための迅速なアクセスと更新を保証するため、セッション・データの管理に効果的です。

リアルタイム分析
高速なデータアクセスが可能なキー・バリュー・データベースは、迅速なデータ検索が不可欠な分析シナリオに適しています。例えば、ダイナミックプライシング、パーソナライズされたマーケティングオファー、リアルタイムのクレジットスコアなどです。

製品カタログ
キー・バリュー・データベースは、商品カタログを管理するためのシンプルで効率的な方法を提供します。キー・バリュー・ペアを使用して商品詳細を表現することで、eコマース・アプリの柔軟な更新と迅速な検索が可能になります。

キー・バリュー・データベースの利点と欠点

従来のリレーショナル・データベースは、最も広く使われているデータベースであり、最もポピュラーなクエリ言語であるSQLを使用している。そこで、キー・バリュー・データベースの長所と短所を以下に示す。 リレーショナル・データベースとの比較 とSQLがある。

メリット

シンプルさ - キー・バリュー・データベースは、データベース設計とクエリ操作の両方で複雑さを軽減する単純なデータモデルを持っています。このシンプルさが、使いやすさと開発のしやすさを高めています。

高性能 - キー・バリュー・データベースは、迅速な読み取りおよび書き込み操作のために最適化されており、保存されたデータへの迅速なアクセスを提供します。この最適化は、速度が要求されるアプリケーションに全体的に高いパフォーマンスを提供するための重要な要素です。

スケーラビリティ - キー・バリュー・データベース 水平スケーラビリティ これにより、データ量とトラフィックの増加に対応するためのノードの追加が可能になります。この水平的なスケーラビリティは、進化するニーズに対応するためにシステムをより簡単に、より手頃な価格で成長させる。Couchbaseは自動キーベースのシャーディングを使用してクラスタ内でデータを均等に分散するため、開発者はシャード・キー、パーティショニング、ホットスポットの設定を心配する必要はありません。

柔軟性 - スキーマレス設計は、単一のデータベースで多様なデータ構造をサポートし、進化するデータ構造に容易に対応する。これらの機能は、データモデルが時間の経過とともに変更される必要がある場合に特に有利です。

効率的なキャッシュ - キー・バリュー・データベースは、以下の点で非常に効率的である。 キャッシング というのも、そのシンプルな構造により、複雑なリレーショナル構造なしに、データに高速かつダイレクトにアクセスできるからである。低速のストレージシステムから同じデータを繰り返しフェッチする必要性が減るため、システム全体のパフォーマンスが向上する。

デメリット

限られたクエリー機能 - キー・バリュー・データベースは、リレーショナル・データベースと比較して高度なクエリ機能がないため、複数の結合やリレーションシップを含む複雑なクエリや分析シナリオには適していません。 Couchbaseはこの問題に対処する SQL++を使用することで、JOINやサブクエリのような洗練された構文をサポートし、ネストされたオブジェクトや配列のようなJSON機能への革新的なアクセスも提供します。

データ完全性の課題 - データの整合性を確保することは、特に分散環境では、キーバリュー・データベースでは困難です。多くのデータベースは、従来のリレーショナル・データベースと同じレベルの一貫性と参照整合性を強制しません。JSONデータ・モデリングのようなデータ・モデリングへの異なるアプローチは、課題を軽減することができます。また、上記の機能セクションのACIDサポートに関する議論も参照してください。

NoSQLパラダイムの学習曲線 - NoSQLへの適応は、SQLやリレーショナルデータベースモデルに慣れた開発者にとって、威圧的な学習曲線をもたらすかもしれない。Couchbaseは エスキューエルプラスプラス そのため、開発者は既存のSQLスキルを使用して、JSONのすべての利点を備えた最新のアプリケーションを構築することができる。

キー・バリュー・データベースの例

• レディス は、その速度と多用途性で知られるオープンソースのインメモリ・キーバリューデータベースである。文字列、ハッシュ、リスト、セットなど様々なデータ構造をサポートしている。完全なインメモリデータベースであるRedisは、他のデータベースと一緒にキャッシュとして使用されることがよくあります。
• アマゾン・ダイナモDB は、Amazon Web Services（AWS）が提供するフルマネージドのキーバリューおよびドキュメント・データベース・サービスです。動的なワークロードを持つアプリケーションによく使用され、AWSエコシステムに統合されているため、クラウドベースのアプリケーションに便利です。
• Couchbase は、複雑なデータの保存と検索を容易にする柔軟なJSONドキュメント構造を提供する。スケーラビリティの容易さと効率的なデータ配布が評価されている。ユニークな機能として、SQL++クエリ言語、ドキュメントデータベース、キーバリューストア、キャッシュとしての機能があります。

Couchbaseとキーバリューストア

Couchbaseは、キーバリューストアとドキュメント指向データベースの両方として動作するNoSQLデータベースです。SQLベースのクエリ言語であるSQL++により、開発者は従来のデータベースから簡単に移行し、JSONの柔軟性を活用して組織の最新アプリケーションを強化することができる。

データストレージとして、Couchbaseはデータをキーと値のペアとして整理し、Couchbaseのドキュメント指向モデルでは、値を複雑なJSONドキュメントにすることができます。JSON形式のドキュメントはセカンダリインデックスにインデックス付けすることができ、セカンダリインデックスは任意のkey-valueまたはドキュメントキーに対するインデックスである。この柔軟性は、構造化、半構造化、非構造化データに対応します。

Couchbaseは次のように最適化されています。 高い読み書き性能データへの迅速なアクセスが重要なシナリオに適しています。水平方向のスケーラビリティをサポートし、複数のノードにデータを分散することで、データ量やトラフィックの増加に効率的に対応します。

これは ブログ記事 は、Couchbaseキーバリューストアがどのように機能するかを示すために、サンプルデータセットを通してあなたを説明します。

結論

キー・バリュー・データベースは、従来のリレーショナル・データベースに代わる最新のデータベースであり、多くのユースケースにおいて、より優れたパフォーマンス、スケーラビリティ、柔軟性を提供する。スキーマのない設計により、多様なデータ構造と、時間の経過に伴うそれらの構造の容易な進化が可能です。シンプルなデータモデルによりユーザーフレンドリーである一方、高度な機能により要求の厳しい企業要件にも適しています。

キー・バリュー・データベースにはリレーショナル・データベースと比較していくつかの欠点があるが、最先端のソリューションは急速に洗練され、以前の制限に対処する機能を追加している。Couchbaseは、クラウド、モバイル、AI、およびエッジ・アプリケーションのための汎用性、パフォーマンス、スケーラビリティ、および価値を提供する、主要な分散NoSQLクラウドデータベースおよびキーバリューストアの一例です。

キー・バリュー・データベースと関連技術についてもっと知りたい方は、以下をご覧ください。 resources:

データベースの種類
6種類のデータモデル
Couchbaseとは？
Couchbaseのデータ保存方法
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Couchbaseにおけるキーバリュー操作
Pythonによるキー・バリュー操作
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