ì NoSQL - Home - people.unica.it...2016/12/21 · ì Alcuni DB di tipo key-value ì Riak ì Redis...

ìNoSQL

TESTOCONSIGLIATOhttp://martinfowler.com/nosql.html

Definizione

ì Nellasecondametàdeglianni2000Google,Amazon,Facebook studiavanonuovemodalità dimemorizzazionepersistentedeidati

Google è BigTable

Amazon è DynamoDB

Facebook è Cassandra

ì Ilmovimento nascenel2009

ì NomesceltoperattirarepartecipantiaunincontrofrasviluppatoridiDBMS“open-source,distribuiti,nonrelazionali”

Giorgio Giacinto 2015

2

Principali vantaggi modello relazionale

ì DBMSrelazionali(SQL)ottimiper

ì Persistenzadeidati

ì IDBMSconsentonodiorganizzarelamemorizzazione

digrandiquantitàdidatiutili

ì L’estrazionedidatitramitequery SQLèsemplice

ì Integrazionediapplicazionidiverseì L’accessoaidatièfacilitatodallaseparazionefra

organizzazionefisicaeorganizzazionelogica

ì Gestionedellaconcorrenza(transazioni)

ì PortabilitàemanutenibilitàgrazieallostandardSQL


3

Criticità del modello relazionale per lo sviluppo di applicazioni web nel 21° secolo

ì Disadattamentodiimpedenza

ì Ilmodellorelazionaleelaborainsiemidituple

ì Ciascunatupla èuninsiemediattributisemplici

ì Unastrutturadaticomplessadaluogoanumerose

relazioni


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Esempio di disadattamento di impedenzaInterfacciautenteperunmodulod’ordine

ecorrispondentitabellenelmodellorelazionale


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ì BasidiDatiorientateall’integrazioneì Unodegliscopiprimaridelmodellorelazionale

ì LaBasediDaticentralizzata ottimizzamediamentel’accessodapartediapplicazionidiverse

ì BasidiDatiorientateall’applicazioneì L’archiviodeidatiottimizzatorispettoall’unica

applicazionechevideveaccedere

ì ApplicazionidiversepossonocooperarescambiandodatiusandoilformatoXML eilprotocolloHTTPì XMLconsenteladefinizionedistrutturedati

complesseì Coerenzadeidatiacaricodelleapplicazioni


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ì Rapidacrescitaafineanni‘90delleimpreseicuiprofittiderivanodalweb(dot-com)

ì EspansionesupportoHWattraversoclusterdicomputerabassocosto

ì Altascalabilitàacosticontenuti

ì L’usodibasididatirelazionalirichiede

ì unsistemadimemorizzazionecentralizzato

ì acquistodilicenzeperogniprocessore/nodo

IDBMSrelazionalinonsonostatisviluppatiperessereeseguitisusistemicluster


7

NoSQL

ì Nonindicaunmodello,néunprodotto,néuna

famigliadiprodotti.

ì E’unmovimento chepromuovesistemidi

memorizzazionepersistentealternativialmodello

relazionale

ì Ciascunsistema“NoSQL”èorientatoaun

particolaredominioapplicativo

ì ListadiprogettiNoSQL su

http://nosql-database.org


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Caratteristiche comuni sistemi NoSQL

ì Natinel21° secoloperleimpresedelwebì noncomprendonoimodellipre-SQL

ì eraBC– Before Codd

ì Open-source

ì Adattiaessereeseguitidauncluster

ì Assenzadiunoschemaì Consentel’usodirecordconnumerodiattributi

variabile

ì NonsupportanointerrogazioneconlinguaggioSQLì OperazionisullabasedidatieseguitetramiteAPI


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DBMS relazionali e DB NoSQL

ì Nondevonoessereconsideraticomeantagonisti

MA

ì comesoluzionicomplementari,ciascunaadattaa

unparticolareambienteoperativo

ì Inunaaziendamodernacoesistonobasididati

relazionaliebasididati‘NoSQL’

ì sipuòparlarediSadalage &Fowler


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ìModelli di Dati Aggregati


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Modelli dei dati

ì Imodellideidatidescrivonoilmodoconcuiidati

sonomanipolati dagliutilizzatori

ì Imodellidimemorizzazionedeidati descrivonoilmodoconcuiidatisonoregistrati inmodo

persistente

ì Nelmondoidealedovrebbeesseresufficiente

lavoraresoloalivellodeimodellilogici…

…mal’ottimizzazionedelleprestazionirichiedela

conoscenzadelmodellodimemorizzazione


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Modelli dei dati aggregati

ì GliapprocciNoSQL possonoesseresuddivisiin

quattromodellididati

ì key-value

ì document store

ì column-family

ì graph

ì Caratteristicacomune:sonoorientati

all’aggregazione


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Orientamento all’aggregazione

ì Nelmodellorelazionaleleentitàsono

rappresentatecometuple divalori

ì Nonèpossibileavereunatupla ounalistadivalori

annidatainun’altratupla

ì Ilmodellorelazionaleèidoneoarappresentare

entitàconstrutturasemplice

ì Un indicaunacollezionedioggettiin

relazionefraloro,daconsiderarecomeunaunità

ì Rappresentadaticonstrutturacomplessa


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EsempioModello relazionale (UML) per un sito di e-commerce


15

EsempioUn possibile stato del RDBMS per un sito di e-commerce


16

EsempioModello orientato all’aggregazione per un sito di e-commerce


17

EsempioDefinizione in JSON di aggregati del sito di e-commerce


Ilvaloreè intuttigliaggregati

18

EsempioAltro modello orientato agli aggregati per un sito di e-commerce


Tuttigliordinidiun

clientesonoall’interno

dell’aggregatoCliente

19

EsempioDefinizione in JSON di aggregati del sito di e-commerce


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Progettazione per aggregati

ì Diversepossibilitàdidefinireaggregati.

ì Lasceltadipendeprincipalmentedall’aggregazionedidaticoinvoltanelleoperazionipiùfrequentiì Ades.,potreivolerspessoaccedereaidatideiclienti

eatuttigliordinichehannofattooppure

ì potreivolerspessoaccedereaisoliordinisingolarmente

ì Selabasedidatirisiedeinuncluster,simemorizzanosuisingolinodiidatigiàaggregati

ì minimizzazionetempidiaccessoaidatiaggregati


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Accesso ai datiOggettiinseritiinununico

aggregato

Aggregatiseparatiper

ClientieOrdini


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Modello relazionale e aggregati

ì Ilmodellorelazionalenonprevedeilcostrutto

aggregazione

ì E’espressoattraversoilvincolodiintegritàreferenziale

ì Vantaggiodelmodellorelazionaleaggregate-ignorantì E’unmodellogeneraledeidati,nonlegatoalle

operazionipiùfrequentisullabasedidati

ì Consentediesprimereinmodosempliceunaampia

varietàdioperazionidimanipolazionedeidati

ì Unmodelloconaggregatièspecializzato peralcunemanipolazionideidatifrequenti


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Aggregati e proprietà ACID

ì ImodelliNoSQL nonsempregarantisconole

proprietàACID

ì Atomicità alivellodisingoloaggregatoì InmoltimodelliNoSQL ècompitodel

programmatoregarantirel’atomicità suoperazionichecoinvolgonopiùaggregati

ì Lagestionedellacoerenza èpiùcomplessarispetto

almodellorelazionale


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I modelli e

ì Inquestimodelliciascunaggregatopossiedeun

identificatore

ì key-valueì nessunastrutturaneidati

ì labasedidatitrattaciascunaggregatocomeunblobdi

bitsenzasignificato(opacitàdellabasedidati)

ì possibilerecuperaresolointeriaggregatiinbaseall’id

ì documentì èpresenteunastrutturacheimponedeivincoli

ì flessibilitànellamanipolazionedeidati

ì interrogazioniancheinbaseaicampidellastruttura


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Il modello

ì Primoesempio:BigTable realizzatodaGoogle

ì Memorizzazionepercolonneanzichéperrighe

ì Colonneaggregateattraversounamappaadue

livelli


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Il modello basato su


ì Inodi contengono

informazionisemplici

ì Unnomeoelementi

ditipochiave-valore

ì Gliarchi rappresentano

lerelazionifrainodi

ì Utiliperinterrogazioni

deltipo:

mostraglioggettichepiaccionoaBarbaraeAnna

Facebook usaunmodelloagrafi:Bronson etal., TAO:Facebook’s DistributedDataStore fortheSocialGraph (USENIX2013)

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Basi di dati senza schema

ì UnadellecaratteristichecomuniaimodelliNoSQL è

l’assenzadiunoschema

ì Inprincipioogniinformazionememorizzata

potrebbeesseredescrittadaattributidiversi

ì LoschemaneimodelliNoSQL èimplicitonelcodice

dell’applicazioneusatoperaccedereaidati

ì LamemorizzazionedidaticonmodelliNoSQL nonè

adattaperl’accessoaidatidaapplicazionidiverse


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ìKEY-VALUE DATABASES


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Definizione

ì Lebasididatiditipokey-value sonolepiùsemplici

dausaredalpuntodivistadelleAPI

ì Uncontenitoredeltipochiave-valoreèunatabella

hash.

ì ConfrontofralaterminologiaOracleeRiak


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key-value store

ì Lachiaveconsentediindividuarel’entità,mentreil

valoreèunblobdidati.

ì blob=binary largeobject

ì AlcuniDBditipokey-value

ì Riak

ì Redis

ì Memcached DB

ì HamsterDB

ì AmazonDynamoDB

ì ProjectVoldemort


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Modelli di memorizzazione dei dati


Ununicobucket checontieneunasolacoppia

chiave-valorecherappresental’utenteeilsuo

acquisto

Ununicobucket incuièpossibilespecificare

chiavidistinteperrecuperareisingolioggetti

nelbucket

Scalabilitàattraversosharding sulvaloredellachiave

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Interrogazioni nel modello key-value

ì Leinterrogazionipossonocoinvolgeresololachiave

ì Sirecuperailblobassociatoeeventualialtre

condizionisuivalorinelblobdevonoessere

verificatealivelloapplicativo

ì Spessolachiaveècreataautomaticamente

ì ades.,numeroprogressivodiunordine

mapuòancheessereunaemail,unnomeutente


33

Quando usare il modello key-value

ì Memorizzazionediinformazionidisessioneper

applicazioniweb

ì Gestioneprofiliutenteerelativepreferenze

ì Rappresentazionedel“carrellodellaspesa”in

applicazionidicommercioelettronico


34

Quando non usare il modello key-value

ì Gestionedidatiinrelazionefraloro

ì Transazioniconoperazionimultiple

ì Interrogazionisuidati(“valore”associatoalla

chiave)

ì Necessitàdioperaresuinsiemididati


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ìDOCUMENT DATABASES


36

Modello dei dati

ì Questoèilmodellopiùsimileallebasididati

relazionali

ì memorizzadocumentiXML,JSON,ecc.

ì ConfrontofralaterminologiaOracleeMongoDB


37

Caratteristiche del modello document

ì Ciascundocumentohaunoschema

ì sonopossibiliinterrogazionisucampideldocumento

ì Documentidiversidiunastessabasedidatipossono

avereschemidiversichecondividonosoloalcuni

attributi

ì AlcuniDBditipodocument

ì MongoDB

ì CouchDB

ì Terrastore

ì OrientDB

ì RavenDB


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Esempi di documenti di una base di dati


Documento1

Documento2

39

MongoDB: Rappresentazione dellarelazione WORKS_ON


40

MongoDB: Rappresentazione dellarelazione WORKS_ON


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InterrogazioniEsempi con MongoDB

ì SELECT * FROM orderdiventa db.order.find()

ì SELECT * FROM order WHERE customerId = "883c2c5b4e5b”diventa db.order.find({"customerId":"883c2c5b4e5b"})

ì SELECT * FROM customerOrder, orderItem, product WHERE customerOrder.orderId = orderItem.customerOrderId AND orderItem.productId = product.productId AND product.name LIKE '%Refactoring%’diventa db.orders.find({"items.product.name":/Refactoring/})


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Quando usare il modello document

ì Registrazionedieventi(event logging)ì Consentediregistrareeventidiversi,ciascunoconil

proprioinsiemediattributi

ì ContentManagementSystems(CMS)

Piattaformeperblog

ì WebAnalytics

ì Applicazionicommercioelettronico


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Quando non usare il modello document

ì Necessitàdieffettuaretransazionicomplesseche

coinvolgononumeroseoperazioni

ì Interrogazionichecoinvolgonoaggregatilacui

strutturaèvariabile


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ìCOLUMN-FAMILY STORES


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Proprietà

ì Idatisonorappresentatiattraversounachiave

associataauninsiemedivalori,eivalori

appartengonoaunafamigliadicolonne


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Basi di dati di tipo column-family

ì Appartengonoaquestatipologia

ì Cassandra

ì Hbase

ì Hypertable

ì AmazonDynamoDB


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Esempio di column family


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Linguaggio DDL e DML in Cassandra

ì Cassandrahaunsuolinguaggio(CQL)simileaSQL

CREATE COLUMNFAMILY Customer ( KEY varcharPRIMARY KEY, name varchar, city varchar, web varchar);

INSERT INTO Customer (KEY,name,city,web)VALUES ('mfowler’,'Martin Fowler’,'Boston’,'www.martinfowler.com');


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Interrogazioni in Cassandra

ì SELECT * FROM Customer

ì SELECT name,web FROM Customer

ì SELECT name,web FROM CustomerWHERE city='Boston’

ì NonostantelasomiglianzaconSQL,CQLnon

supportatutteleinterrogazioniSQL

ì Nonèpossibileusareinterrogazioniannidate

ì Nonèpossibilel’operazionedijoin

ì DisolitolaclausolaWHEREèsemplice


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Quando usare il modello column-family

ì Registrazionedieventi(event logging)

ì ContentManagementSystems(CMS)

Piattaformeperblog

ì Contatori

ì Ades.,visitatoridiunapaginaweb

ì Gestionescadenze

ì Ades.,licenzesoftwareinprovaperunperiododi

tempolimitato


51

Quando non usare il modello column-family

ì NecessitàditransazioniconproprietàACID

ì Interrogazioniconfunzionidiaggregazione

(ades.,SUM,AVG)


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ìPOLYGLOT PERSISTENCE


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A ciascun dato, il suo modello


Approcciotipico:unicomodellodidatiper

lediverseattività.

Polyglot persistence:modellididati

diversiperciascunaattività.

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Evoluzione: dalle basi di dati ai servizi

ì Persemplificarelascritturadiapplicazionichesi

devonointerfacciareadiversebasididati

ì siincapsulaciascunabasedidatiinunservizio

ì LeapplicazionicomunicanoconleAPIdelservizio


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NoSQL e RDBMS

ì IlmovimentoNoSQL nonminaccial’usodeiRDBMS

ì Ilmodellorelazionaleèancoravalidoperle

applicazioniperlequalièstatosviluppato

ì SoluzioniNoSQL sonodapreferireaRDBMSper

nuoveesigenzedimemorizzazioneegestionedei

datiricollegabiliallo

ì Sviluppodelwebedellesueapplicazioni

ì Retisocialivirtuali

ì Evoluzionepiattaformedicalcolo


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