قاعدة بيانات متعددة النماذج

في مجال تصميم قواعد البيانات، تُعرَّف قاعدة البيانات متعددة النماذج بأنها نظام إدارة قواعد بيانات مصمم لدعم نماذج بيانات متعددة ضمن نظام خلفي متكامل واحد. في المقابل، تُنظَّم معظم أنظمة إدارة قواعد البيانات حول نموذج بيانات واحد يُحدد كيفية تنظيم البيانات وتخزينها ومعالجتها. ^{[ 1 ]} تُعد نماذج المستندات ، والرسوم البيانية ، والعلاقات ، ونماذج المفتاح والقيمة أمثلة على نماذج البيانات التي قد تدعمها قاعدة البيانات متعددة النماذج.

اكتسب نموذج البيانات العلائقية شعبية واسعة بعد نشره من قبل إدغار ف. كود عام 1970. ونظرًا لتزايد متطلبات قابلية التوسع الأفقي وتحمل الأعطال ، برزت قواعد بيانات NoSQL بعد عام 2009. وتستخدم قواعد بيانات NoSQL مجموعة متنوعة من نماذج البيانات، من بينها نماذج المستندات والرسوم البيانية ونماذج المفتاح والقيمة الشائعة. ^{[ 2 ]}

قاعدة البيانات متعددة النماذج هي قاعدة بيانات قادرة على تخزين البيانات وفهرستها والاستعلام عنها بأكثر من نموذج. لفترة طويلة، كانت قواعد البيانات تدعم نموذجًا واحدًا فقط، مثل: قاعدة البيانات العلائقية ، أو قاعدة البيانات الموجهة نحو المستندات ، أو قاعدة بيانات الرسوم البيانية ، أو قاعدة بيانات الثلاثيات . تُسمى قاعدة البيانات التي تجمع بين العديد من هذه النماذج متعددة النماذج. يجب عدم الخلط بينها وبين أنظمة قواعد البيانات متعددة الوسائط مثل Pixeltable أو ApertureDB ، التي تركز على الإدارة الموحدة لأنواع الوسائط المختلفة (الصور، والفيديو، والصوت، والنصوص) بدلاً من نماذج البيانات المختلفة.

لفترة من الزمن، كاد يُنسى (أو يُعتبر غير ذي صلة) وجود أي نماذج قواعد بيانات أخرى غير النموذج العلائقي. كان النموذج العلائقي ومفهوم الشكل الطبيعي الثالث هما المعيار الافتراضي لتخزين البيانات. مع ذلك، قبل هيمنة نمذجة البيانات العلائقية، من حوالي عام 1980 إلى 2005، كان نموذج قاعدة البيانات الهرمي شائع الاستخدام. منذ عام 2000 أو 2010، شاعت العديد من نماذج NoSQL غير العلائقية، بما في ذلك المستندات، والثلاثيات، ومخازن القيم الرئيسية، والرسوم البيانية. يمكن القول إن البيانات الجغرافية المكانية ، والبيانات الزمنية ، والبيانات النصية تُعد نماذج منفصلة أيضًا، على الرغم من أن البيانات النصية المفهرسة والقابلة للاستعلام تُسمى عمومًا " محرك بحث " وليس قاعدة بيانات.

أول مرة ارتبط فيها مصطلح "متعدد النماذج" بقواعد البيانات كانت في 30 مايو 2012 في كولونيا، ألمانيا، خلال الكلمة الرئيسية التي ألقاها لوكا جارولي بعنوان " تبني قواعد بيانات NoSQL - ما هي الخطوة التالية؟ ". ^{[ 3 ] [ 4 ]} تصور لوكا جارولي تطور منتجات الجيل الأول من قواعد بيانات NoSQL إلى منتجات جديدة ذات ميزات أكثر يمكن استخدامها في حالات استخدام متعددة.

يمكن تتبع فكرة قواعد البيانات متعددة النماذج إلى أنظمة إدارة البيانات العلائقية الكائنية (ORDBMS) في أوائل التسعينيات، وعلى نطاق أوسع، إلى أنظمة إدارة قواعد البيانات الموحدة والمتكاملة في أوائل الثمانينيات. يدير نظام ORDBMS أنواعًا مختلفة من البيانات، مثل البيانات العلائقية، وبيانات الكائنات، والنصوص، والبيانات المكانية، وذلك عن طريق دمج أنواع البيانات والوظائف وتطبيقات الفهرسة الخاصة بكل مجال في نواة نظام إدارة قواعد البيانات. تُعد قاعدة البيانات متعددة النماذج استجابة مباشرة لنهج " الاستمرارية متعددة اللغات " الذي يربط بين منتجات قواعد بيانات متعددة، كل منها يتعامل مع نموذج مختلف، لتحقيق إمكانية تعدد النماذج كما وصفها مارتن فاولر . ^{[ 5 ]} لهذه الاستراتيجية عيبان رئيسيان: فهي تؤدي إلى زيادة كبيرة في التعقيد التشغيلي، ولا يوجد دعم للحفاظ على اتساق البيانات عبر مخازن البيانات المنفصلة، ​​لذا بدأت قواعد البيانات متعددة النماذج في سد هذه الفجوة.

تهدف قواعد البيانات متعددة النماذج إلى توفير مزايا نمذجة البيانات الخاصة بالاستمرارية متعددة اللغات، ^{[ 5 ]} دون عيوبها. ويتم تقليل التعقيد التشغيلي، على وجه الخصوص، من خلال استخدام مخزن بيانات واحد. ^{[ 2 ]}

مع تزايد عدد المنصات المقترحة للتعامل مع البيانات متعددة النماذج، ظهرت بعض الدراسات التي تُعنى بتقييم أداء قواعد البيانات متعددة النماذج. على سبيل المثال، استعرض كلٌ ^من بلوتشينيك ^{[ 6 ]} وأوليفيرا [ ^{7 ]} ويوني بنش ^{[ 8 ]} قواعد البيانات متعددة النماذج الموجودة، وقاموا بتقييمها ومقارنتها بقواعد بيانات SQL وNoSQL الأخرى على التوالي. وأشاروا إلى أن مزايا قواعد البيانات متعددة النماذج مقارنةً بقواعد البيانات أحادية النموذج هي كالتالي : 

يكمن الاختلاف الرئيسي بين قواعد البيانات متعددة النماذج المتاحة في بنيتها. تدعم قواعد البيانات متعددة النماذج نماذج مختلفة إما ضمن المحرك نفسه أو عبر طبقات مختلفة فوقه. قد توفر بعض المنتجات محركًا يدعم المستندات والرسوم البيانية، بينما توفر منتجات أخرى طبقات فوق مخزن المفاتيح. ^{[ 9 ]} في البنية الطبقية، يُقدَّم كل نموذج بيانات عبر مكونه الخاص .

إضافةً إلى توفير نماذج بيانات متعددة في مخزن بيانات واحد، تتيح بعض قواعد البيانات للمطورين تعريف نماذج بيانات مخصصة بسهولة. وتُفعَّل هذه الإمكانية بفضل معاملات ACID التي تتميز بأداء عالٍ وقابلية توسع كبيرة. ولكي يدعم نموذج البيانات المخصص التحديثات المتزامنة، يجب أن تكون قاعدة البيانات قادرة على مزامنة التحديثات عبر مفاتيح متعددة. وتتيح معاملات ACID، إذا كانت ذات أداء كافٍ، هذه المزامنة. ^{[ 10 ]} ويمكن تنفيذ مستندات JSON والرسوم البيانية والجداول العلائقية بطريقة ترث قابلية التوسع الأفقي وتحمل الأعطال لمخزن البيانات الأساسي.

لا تكفي النظرية التقليدية للعلاقات لوصف أنظمة قواعد البيانات متعددة النماذج بدقة. وتركز الأبحاث الحديثة ^{[ 11 ]} على تطوير أساس نظري جديد لهذه الأنظمة. إذ توفر نظرية الفئات لغة موحدة ودقيقة لنمذجة نماذج البيانات المختلفة ودمجها وتحويلها. ومن خلال تمثيل البيانات متعددة النماذج كمجموعات، وعلاقاتها كدوال أو علاقات ضمن فئة المجموعات، يمكننا إنشاء إطار عمل رسمي لوصف نماذج البيانات المختلفة ومعالجتها وفهمها، وكيفية تفاعلها.

• حامض
• البيانات الضخمة
• NoSQL
• مقارنة برامج التخزين المهيكل
• معاملات قاعدة البيانات
• تحليل البيانات
• قاعدة بيانات موزعة
• SQL الموزع
• معاملة موزعة
• قاعدة بيانات موجهة نحو المستندات
• قاعدة بيانات الرسوم البيانية
• النموذج العلائقي

• استمرارية تعدد اللغات
• مجموعة 451، "لا سمك ولا طير: صعود قواعد البيانات متعددة النماذج"
• ODBMS، "حول قواعد البيانات متعددة النماذج. مقابلة مع مارتن شونرت وفرانك سيلر."
• نظام إدارة قواعد البيانات الكائنية، "الاستمرارية متعددة اللغات أم نماذج البيانات المتعددة؟"
• إنفوورلد، "صعود قاعدة البيانات متعددة النماذج"