Qu’est-ce qu’une base de données non relationnelle ?

Une base de données (BDD) renferme un ensemble d’informations gérées, stockées et accessibles au moyen d’un système de gestion de base de données (SGBD). Au début des années 2000, avec la montée en puissance du web et des applications générant d’énormes volumes de données, les bases de données relationnelles traditionnelles ont montré des limites en termes de traitement de données massives et de performances. Le concept de base de données non relationnelles a alors émergé pour répondre à ces défis.

Qu’est-ce qu’une base de données non relationnelle ?

Les bases de données non relationnelles se caractérisent par l’absence de schéma tabulaire traditionnel, fréquemment utilisé dans la plupart des systèmes de gestion de bases de données conventionnels. Une BDD non relationnelle est conçue pour traiter de grands volumes de données non structurées ou semi-structurées. Elle offre donc plus de flexibilité et de scalabilité. Certains systèmes sont désignés sous le terme générique de bases de données NoSQL, qui englobe les magasins de données n’utilisant pas, ou pas uniquement le langage SQL.

Les origines du concept de base de données non relationnelle

Carlo Strozzi est le premier à employer le terme NoSQL en 1998, en référence à un système alternatif aux bases de données relationnelles. Au début des années 2000, les GAFAM (Google, Apple, Facebook, Amazon, Microsoft) se sont retrouvés face à une accumulation croissante d’énormes volumes de données et se sont intéressés aux travaux de Carlo Strozzi. Tous ont alors commencé à travailler sur des bases de données NoSQL.

Google a introduit en 2005 la base de données Google Bigtable, suivi par Amazon Dynamo d’Amazon en 2007. C’est pourtant le modèle de Facebook, sorti en 2008, qui va devenir un incontournable parmi les amateurs de bases de données non relationnelles. Cassandra est en effet un outil open source, facile à apprendre et à développer. Aujourd’hui, les entreprises ont le choix entre différentes databases indépendantes, comme MongoDB ou Oracle nosql Database par exemple. 

Quelles sont les caractéristiques des bases de données non relationnelles ?

Les bases de données non relationnelles, ou NoSQL présentent plusieurs caractéristiques clés qui les distinguent des bases de données relationnelles (BDR). 

Des modèles de données plus flexibles et moins exigeants

Les database NoSQL prennent en charge différents modèles de données, ce qui permet aux développeurs de choisir celui qui correspond le mieux aux exigences de leur application.

Schéma sans schéma ou schéma dynamique

Le plus souvent, les BDD non relationnelles n’appliquent pas de schéma rigide. Cela signifie donc que la data peut être insérée sans structure prédéfinie. Il est alors plus facile de s’adapter à l’évolution des besoins en matière de données.

Des bases de données évolutives et performantes

Conçues pour évoluer horizontalement, les BDD NoSQL peuvent gérer de grandes quantités de données et un trafic accru en ajoutant simplement des serveurs à un système distribué. Cela contraste avec la mise à l’échelle verticale, où les ressources d’un seul serveur sont augmentées. Elles peuvent répartir les données sur plusieurs nœuds ou serveurs, de manière à mieux répartir la charge et améliorer les performances. 

Quelle est la structure d’une base de données non relationnelle ?

Nous l’avons évoqué précédemment, contrairement aux bases de données relationnelles, qui suivent une structure sous forme de tables, les databases non relationnelles peuvent s’adapter à divers types de modèles de données. Pour choisir la structure adaptée à sa BDD, il faut prendre en compte des facteurs comme la nature de la data, les exigences de l’application et les besoins prévus en termes d’évolutivité. Notez que certaines bases de données NOSQL peuvent prendre en charge plusieurs modèles de données.

Key-Value Store, ou magasin clé-valeur

Les données s’organisent sous forme de paires clé-valeur, où chaque donnée stockée est associée à une clé unique. C’est l’un des modèles les plus simples, dont l’utilisation offre des performances élevées pour les opérations de lecture et d’écriture.

Document-Oriented Database ou base de données orientée documents

Les données sont stockées dans des documents flexibles et semi-structurés, généralement dans des formats JSON ou BSON. Chaque document est une unité autonome contenant des champs et des valeurs. Ce type de BDD est souvent utilisé dans le développement d’applications web.

Column-Family Store, ou magasin de colonnes

Ici, les données sont organisées en colonne plutôt qu’en ligne, à la manière d’une table dans une base de données relationnelle. Les valeurs d’une colonne spécifique pour toutes les lignes sont stockées ensemble, formant ainsi une famille de colonnes. Ces types de bases de données sont déployés le plus souvent dans des contextes d’analytique à grande échelle.

Graph Database, base de données graphique

Les bases de données graphiques sont conçues pour stocker et gérer des données sous forme de graphes. Elles sont particulièrement adaptées dans le cadre de relations complexes et importantes entre les entités, car elles permettent une représentation visuelle intuitive des connexions entre les données. L’utilisation de ce modèle dans le domaine des réseaux sociaux permet de modéliser des relations d’amitié par exemple.

Object-Oriented Database, la base de données orientée objet

Les Object-Oriented Database Management System ou OODBMS sont conçues pour le stockage, la récupération et la manipulation de data sous forme d’objets. Elles suivent les principes de la programmation orientée objet (POO).

Comment fonctionne une base de données non relationnelle ?

Dans une approche NoSQL, les données sont orientées afin d’éliminer le besoin d’un schéma prédéfini. C’est ce qui permet une évolutivité rapide, et donc une gestion efficace de vastes ensembles de données souvent non structurées.

Avec ce type de service distribué, les informations sont dupliquées et stockées sur divers serveurs, en cloud ou en local, garantissant ainsi la disponibilité et la fiabilité. En cas de déconnexion de certaines données, le reste de la base de données peut maintenir son fonctionnement sans subir d’interruption.

Quelles sont les différences entre une base de données relationnelle et non relationnelle ?

Les bases de données relationnelles et non relationnelles se distinguent par leurs modèles de données, structures et caractéristiques.

• Les bases de données relationnelles adoptent un modèle tabulaire rigide, tandis que les bases NoSQL présentent différents modèles et donc une plus grande flexibilité. 
• Les BDDR s’appuient sur un schéma fixe préétabli, quand les bases non relationnelles sont souvent sans schéma ou flexibles. 
• En termes de scalabilité, les BDDR évoluent verticalement, alors que les non relationnelles favorisent l’évolutivité horizontale avec l’ajout de serveurs. 
• Les bases relationnelles utilisent le SQL. Les non relationnelles ont des langages spécifiques à leur modèle de données. 
• En matière de transactions, les bases relationnelles soutiennent généralement les transactions ACID (atomicité, cohérence, isolement et durabilité). Les bases NoSQL peuvent sacrifier certaines propriétés au profit de la cohérence éventuelle (BASE).

 

En résumé, les bases relationnelles sont souvent préférées pour des applications nécessitant des transactions complexes et un modèle de données bien structuré. Les bases non relationnelles conviennent mieux à des données flexibles, des volumes massifs, et une évolutivité horizontale. 

Quels sont les avantages et les inconvénients d’une base de données non relationnelle ?

L’un des avantages les plus significatifs des BDD NoSQL est qu’elles sont adaptées aux exigences du cloud, du mobile, des médias sociaux et du big data. En outre, elles simplifient le développement d’applications, en particulier pour les applications web interactives en temps réel.

Elles offrent une flexibilité pour les données non normalisées ou présentant des propriétés différentes entre entités de données et leur évolutivité est assurée pour les ensembles de données volumineux, comme ceux que l’on retrouve par exemple dans le domaine de l’intelligence artificielle.

Malgré ces avantages, elles présentent également des points faibles, notamment l’absence de règles de standardisation et des capacités de requêtes assez limitées. De plus, la courbe d’apprentissage peut s’avérer difficile pour de nouveaux développeurs. Les entreprises peuvent être réticentes à intégrer des solutions open source, ce qui explique la tendance à adopter plus aisément les bases de données relationnelles, considérées comme plus matures.

Exemples de bases de données non relationnelles

Voici quelques exemples de bases de données non relationnelles :

• MongoDB : BDD open source orientée document ; 
• Cassandra : système de stockage distribué pour le traitement de très grandes quantités de données structurées ; 
• Redis : magasin de valeur/clé le plus populaire ;  
• Couchbase Server : base de données de documents pour les applications web interactives ; 
• Neo4j : considéré comme une BDD de graphes native ; 
• RavenDB : base de données document pour les transactions ACID ; 
• Oracle NoSQL Database : BDD distribuée qui gère les données volumineuses, prend en charge SQL et est accessible à partir des bases de données relationnelles Oracle.

 

Les databases non relationnelles ou NoSQL simplifient les processus de développement et permettent des modifications agiles du modèle de données sans altérer les schémas initiaux. Elles répondent ainsi aux exigences modernes de développement des entreprises dans les domaines des applications mobiles, web et IoT par exemple.