MongoDB と PostgreSQL はどのように異なりますか?

MongoDB と PostgreSQL には、アーキテクチャ上の相違点がいくつかあります。

ストレージの基本単位

MongoDB では、ストレージの基本単位はシリアル化された JSON ドキュメントです。ドキュメントは、キーと値のペアを含む JSON データ構造です。これらのペアでは、キーは文字列で、値はデータのタイプです。MongoDB は、ネストされたドキュメント、配列、文字列、日付、ブール値、数値など、さまざまなデータ型をサポートしています。

NoSQL データベースとは異なり、PostgreSQL の基本的なストレージユニットはタプルと呼ばれる行です。各タプルは、列が定義する特定のデータ型の下に単一のレコードを保持します。タプルには、整数、文字列、日付、ブール値などを格納できます。各タプルには、データ値に加えて、テーブル内の各タプルを識別するプライマリキーなどのメタデータも含まれています。

クエリー言語

MongoDB は MongoDB クエリ言語 (MQL) を使用しています。これにより、MongoDB のドキュメント指向の構造を操作することができます。MQL は機能が豊富で、プロジェクション、アグリゲーションフレームワーク、ドキュメントクエリ、アグリゲーションパイプライン、地理空間クエリ、テキスト検索をサポートしています。 

PostgreSQL は、クエリ言語として Postgres SQL と呼ばれる SQL バリアントを使用しています。SQL に似ていますが、拡張可能な型システム、関数、継承などの追加機能があります。ただし、PostgreSQL は引き続き標準 SQL と互換性があるため、SQL クエリも使用できます。

インデックス作成

インデックスは、1 つ以上の列の値をディスク上の対応するデータの物理的な位置にマップするデータ構造です。これにより、データベースデータ検索操作の効率が向上します。

MongoDB はインデックスを使用してクエリのパフォーマンスを最適化します。フィールドレベルとコレクションレベルの両方でのインデックス作成をサポートしています。B ツリーインデックス、複合インデックス、テキストインデックス、地理空間インデックス、ハッシュインデックス、クラスターインデックスなど、いくつかのインデックスタイプが用意されています。

PostgreSQL は、B ツリー、ハッシュ、GIN、GiST、SP-GiST など、さまざまなインデックスタイプも提供しています。create index コマンドは、デフォルトで B ツリーインデックスを作成します。 

同時実行

同時実行とは、データベースシステムが複数のトランザクションを同時に管理できることです。同時実行により、複数のユーザーが、不整合の問題や競合を引き起こすことなく、データにアクセスして変更することができます。

MongoDB には、ドキュメントレベルのアトミック性と楽観的ロックを使用する通貨制御メカニズムがあります。これは、ほとんどの同時実行書き込み操作に競合がないことを前提としています。これにより、ユーザーはロックを取得せずに同時にデータを変更できます。すべての変更はアトミックです。つまり、操作が完全に適用されるか、まったく適用されないかのどちらかです。また、ドキュメントの新しいリビジョン ID が作成されます。これにより、同じデータを持つ複数のドキュメントを同時に存在させることができます。 

また、PostgreSQL はマルチバージョン同時実行制御 (MVCC) を使用してデータと同時トランザクションを管理します。MVCC は、ユーザーがデータを変更すると別々の行を作成するため、トランザクション間で競合が発生することはありません。未コミット読み取り、コミット済み読み取り、シリアル化可能、繰り返し可能な読み取りという分離レベルをサポートしています。PostgreSQL では、変更をディスクに書き込む前にデータベースへの変更を記録するログ先行書き込み (WAL) も使用しています。 

可用性

可用性により、サーバーが停止しているときでもデータのダウンタイムが発生しません。MongoDB は、データをレプリカセットに複製するプライマリノードレプリケーションを使用します。1 つのプライマリノードが書き込みを受信し、セカンダリノードがこのデータを複製します。MongoDB は、プライマリノードが使用できなくなった場合に、新しいプライマリノードを選択するフェイルオーバーを自動的にトリガーします。これらのプロセスは MongoDB のダウンタイムを最小限に抑えます。

これとは対照的に、PostgreSQL は論理レプリケーションとストリームレプリケーションを使用して高可用性を確保しています。論理レプリケーションは、特定のテーブルまたはデータのサブセットを選択的に複製します。ストリーミングレプリケーションは、プライマリデータベースの変更を受け取るスタンバイレプリカを作成します。さらに、PostgreSQL は PostgreSQL 自動フェイルオーバー (PAF) を使用して、障害イベントが発生した場合に新しいプライマリを割り当てます。 

スケーラビリティ

PostgreSQL と MongoDB はどちらも、ある種の負荷分散を使用して、高度なスケーラビリティを実現しながら、読み取り操作を複数のレプリカに均等に分散します。分散アーキテクチャのプロセスはデータを移動してパフォーマンスを向上させます。データは PostgreSQL のレプリカ間と MongoDB のパーティション間で移動します。 

また、MongoDB はシャーディングと読み取りのスケーラビリティを使用して、高いレベルの水平スケーラビリティを確保しています。シャーディングはデータを複数のパーティションに分散し、各シャードはデータのサブセットを保持します。シャーディングは、トラフィックの多いデータセットのワークロードを複数のサーバーに分散します。セカンダリレプリカは読み取り操作を処理できるため、読み取りのワークロードが分散され、パフォーマンスが向上します。 

PostgreSQL はパーティショニングも提供しています。パーティショニングでは、大きなテーブルを小さく管理しやすい部分に分割します。ハッシュ、範囲、リスト、またはその他の基準に基づいて分割できます。 

MongoDB と PostgreSQL のどちらを選択するかは、主にデータによって決まります。

MongoDB のユースケース

MongoDB は、柔軟なデータモデル、高パフォーマンス、効果的な水平スケーリングを備えた NoSQL データベースです。以下の例は MongoDB のユースケースです。

コンテンツ管理システム

MongoDB は、画像、動画、テキストなどの非構造化データを保存および取得できます。コンテンツを迅速にクエリおよび取得でき、多数の同時読み取りおよび書き込み操作を処理できます。そのため、トラフィックの多いコンテンツ管理アプリケーションに適しています。

トランザクションデータベース

MongoDB は水平方向のスケーラビリティと可用性が高いため、金融システムにおけるトランザクションデータの処理に最適です。 

ストリーム分析

MongoDB は、高いスケーラビリティ、水平パーティショニング、柔軟なスキーマを備えているため、モノのインターネット (IoT) プラットフォームやリアルタイム分析などのストリーミングデータアプリケーションに役立ちます。

PostgreSQL のユースケース

PostgreSQL の構造化された機能豊富なシステムは、以下の例のようなユースケースをサポートするのに役立ちます。

データウェアハウジング

PostgreSQL は、複雑な結合を処理し、関係の概要を説明し、データを迅速にクエリできます。構造化されているため、大量のデータを処理し、洞察と高度な分析を迅速に提供できます。これらの機能により、ビジネスインテリジェンスツールにうまく統合でき、データウェアハウスとしても効果的に機能します。

e コマースアプリケーションとウェブアプリケーション

PostgreSQL は SQL データベースと似ているため、ACID に準拠しています。トランザクションの処理とデータ整合性の確保に高い信頼性を発揮します。PostgreSQL の複雑なクエリとインデックス作成により、注文の処理、ユーザーの認証、在庫管理を必要とする企業にとって高いパフォーマンスを発揮します。

フレキシブルな接続

PostgreSQL のフェデレーション型データハブにより、非リレーショナルデータベースとリレーショナルデータベースの両方を含むさまざまなデータストアに接続できます。PostgreSQL は JSON サポートと外部データラッパーを使用して、他のデータベースシステムへの接続とアクセスを行います。これらの機能により、多言語のデータベース環境と連携できるため、ストレージを最適化したい複雑な業界に適しています。

PostgreSQL 用 Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) は、クラウド内で PostgreSQL のデプロイを簡単にセットアップ、運用、およびスケーリングできるようにします。また、PostgreSQL ソフトウェアのアップグレード、ストレージ管理、ディザスタリカバリのためのバックアップなど、複雑で時間のかかる管理タスクも処理します。

Amazon DocumentDB (MongoDB 互換) を使用すると、クラウドでネイティブ JSON ドキュメントデータベースを簡単に管理できます。これにより、何百万件ものドキュメントの読み取り/書き込みリクエストに対応できます。生産性が向上し、高可用性や低レイテンシなどのエンタープライズ機能が提供されます。

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