NoSQL: bases de datos no relacionales, diseño, usos y concesiones

Características principales y tipos comunes

Aunque los sistemas NoSQL varían mucho, en muchas implementaciones aparecen varias características recurrentes: flexibilidad del esquema, escalabilidad horizontal y un enfoque en el rendimiento de lecturas y escrituras a gran escala. Muchos sistemas NoSQL relajan algunas garantías relacionales para conseguir esos objetivos; por ejemplo, ofrecen modelos de consistencia más débiles o evitan por defecto las transacciones de varios registros. Por lo general, las implementaciones NoSQL se clasifican según su modelo de datos:

• Almacenes clave-valor — mapeos simples de una clave a un valor opaco, optimizados para búsquedas rápidas y almacenamiento en caché.
• Bases de datos documentales — almacenan documentos estructurados, normalmente JSON o formatos similares, que pueden indexarse y consultarse por campos.
• Almacenes de familias de columnas — organizan los datos en columnas y familias flexibles, adecuados para tablas anchas y cargas de trabajo analíticas.
• Bases de datos de grafos — representan entidades y relaciones como nodos y aristas, lo que permite recorrer grafos de forma eficiente.

Estos tipos responden a necesidades distintas de cada aplicación y se eligen según los patrones de consulta, las relaciones entre datos y los requisitos de escalado. Para una comparación breve con el concepto relacional de relaciones, vea modelos relacionales.

Historia y desarrollo

NoSQL surgió como respuesta práctica a nuevas demandas de las aplicaciones: servicios web en rápido crecimiento, sistemas distribuidos y datos no estructurados o semiestructurados. Aunque las bases de datos no relacionales existían antes, la etiqueta NoSQL se popularizó a finales de la década de 2000, cuando los proyectos de código abierto y las arquitecturas a escala de nube necesitaron alternativas al escalado vertical y a los esquemas relacionales estrictos. Avances clave, como la replicación distribuida, la partición (sharding) y los modelos de consistencia relajada, permitieron que las bases de datos escalaran sobre hardware de uso común.

Usos, ejemplos e importancia

Las bases de datos NoSQL se usan ampliamente cuando son importantes los esquemas flexibles, el alto rendimiento y la escalabilidad horizontal. Entre las aplicaciones habituales figuran el análisis en tiempo real, la gestión de contenido, los almacenes de sesiones, los perfiles de usuario, el registro de eventos y los entornos de backend para redes sociales. Sistemas de código abierto y comerciales bien conocidos ilustran la variedad de enfoques: motores orientados a documentos, almacenes clave-valor en memoria, almacenes de columnas anchas para series temporales y análisis, y sistemas de grafos especializados para datos con muchas relaciones. Los servicios web a gran escala y las canalizaciones de big data suelen combinar NoSQL y sistemas relacionales según la carga de trabajo.

Concesiones, consistencia y consideraciones de diseño

Los sistemas NoSQL suelen intercambiar garantías transaccionales estrictas por disponibilidad y tolerancia a particiones en entornos distribuidos. Al diseñar con estos sistemas, se cita con frecuencia el teorema CAP: una base de datos distribuida debe elegir entre consistencia, disponibilidad y tolerancia a particiones. En muchas implementaciones prácticas de NoSQL se opta por consistencia eventual o consistencia ajustable para mejorar el rendimiento y la tolerancia a fallos. Para más información sobre los conceptos de consistencia, consulte modelos de consistencia.

Elegir NoSQL frente a relacional

• Elija bases de datos relacionales cuando se requiera una integridad transaccional fuerte, uniones complejas y esquemas normalizados.
• Elija NoSQL cuando sus datos sean muy variables, los patrones de acceso sean simples o previsibles y necesite escalar horizontalmente o ingerir volúmenes muy grandes de datos en tiempo real.

Muchos sistemas modernos usan un enfoque de persistencia poliglota: combinan almacenes relacionales y NoSQL para adaptarse a los requisitos de cada subsistema. Para recursos adicionales e introducciones a sistemas NoSQL concretos, consulte recursos sobre NoSQL y enlaces de lectura adicional como antecedentes sobre SQL, o panoramas generales en discusión sobre consistencia y referencias de modelos de datos.