Bases de datos NoSQL Multi-Modelos, caso de estudio: OrientDB

Bases de datos NoSQL Multi-Modelos,
caso de estudio:
OrientDB
Frank T, Vanessa T, Wilmer G.
Universidad Central de Venezuela
Bases de datos NoSQL
February 2, 2016
Frank T, Vanessa T, Wilmer G. (UCV) Multimodelos NoSQL - OrientDB February 2, 2016 1 / 54

Contenido
1 Conceptos b´asicos.
2 Caso de estudio - OrientDB:
3 Comparaciones
4 Conclusiones
”... 1st generation NoSQL
products, where each tool was
only good at a few use cases...
2nd generation NoSQL is
Multi-Model...”
Luca Garulli - Author of OrientDB
March 26, 2015

Conceptos b´asicos. Antecedentes a NoSQL
3 Comparaciones
4 Conclusiones

Conceptos básicos123
Integración de base de
datos compartida.
Integración en única base de datos
desde múltiples aplicaciones o
componentes.
1
NoSQL Distilled - M. Fowler & P. Sadalage
2
One Size Fits All: An Idea Whose Time Has Come and Gone. - M. Stonebracker
3
Advancing Distributed Systems. - Eric Brewer

Integraci´on de base de datos
compartida.
Desajuste de impedancia.
La diﬁcultad generada por la
diferencia entre estructuras de datos
en memoria y el modelo relacional.
1
2
3

Integraci´on de base de datos
compartida.
Desajuste de impedancia.
Alternativa
Arquitectura de Base de Datos
Pol´ıglota:
...The most important result of the
rise of NoSQL is Polyglot
Persistence...
1
2
3

Conceptos básicos. Arquitectura de Base de Datos Pol´ıglota
Persistencia Pol´ıglota
Definición Uso de diferentes bases de datos para cada requerimiento del
sistema.

Persistencia Pol´ıglota
Definición Uso de diferentes bases de datos para cada requerimiento del
sistema.
Implicaciones Requiere una capa de integración que interprete los
lenguajes de los DBMS subyacentes y asegure la consistencia
entre las bases de datos.

Persistencia Pol´ıglota4
4
de Polyglot programing. - Neal Ford

Consideraciones6
Ventajas Desventajas
Compatibilidad hac´ıa atrás con sistemas legados. Interoperabilidad.
Múltiples herramientas ⇒ múltiples habilidades.
Acceso no uniforme.
Consistencia.
Redundancia lógica.*
Seguridad.
Tolerancia a fallos.*5
En el 90% de los casos de uso Base de Datos NoSQL son usados como
segundo DBMS.
5
Polyglot Persistence or Multiple Data Models? - Stephen Pimentel. Author of
FoundationDB
6
Polyglot database architectures = polyglot challenges. - Lena Wise

Arquitecturas Lambda
Deﬁnici´on Arquitecturas que combinan una capa de procesamiento por
lotes(lenta) con una capa de procesamiento en tiempo real,
para proveer respuestas de baja latencia.

Alta velocidad
An´alisis o consultas
solo sobre los datos
mas recientes (pila).

Alta velocidad
Procesamiento por
lotes
Hist´orico de (todos)
los datos que se han
recopilado,
generalmente usados
para an´alisis.

Alta velocidad
Procesamiento por
lotes
Hist´orico de (todos)
los datos que se han
recopilado,
generalmente usados
para an´alisis.
Servicio
Combina las consultas
de las capas anteriores
en una sola
estructura.

7
7
voltdb.com/products/alternatives/lambda-architecture

Consideraciones9
Pureza de los datos de entrada. Mantenimiento y complejidad de c´odigo.
Enfatiza Reprocesamiento de los datos.
Disminuye el impacto del teorema CAP.8
8
How to beat the CAP theorem. - Nathan Marz, Author of Storm & ElephantDB
9
Questioning the Lambda Architecture. - Jay Kreps

Bases de datos Multi-Modelos
Deﬁnici´on Bases de datos que soportan diferentes modelos dentro de su
motor o proveen capas para ellos colocadas sobre un motor
de un solo modelo.

Consideraciones
Modelo de datos
Representaci´on de la
organizaci´on de los
datos y sus relaciones.

Consideraciones
Modelo de datos
Motor de
almacenamiento
Componente que
permite las
operaciones CRUD,
mediante API o
interf´az del DMBS.

Consideraciones
Modelo de datos
Motor de
almacenamiento
Componente que
permite las
operaciones CRUD,
mediante API o
Lenguaje de consulta
Lenguaje usado para
obtener respuestas
basadas en hechos
representados en el
sistema.

Consideraciones
Modelo de datos
Motor de
almacenamiento
Componente que
permite las
operaciones CRUD,
mediante API o
Lenguaje de consulta
Lenguaje usado para
obtener respuestas
basadas en hechos
representados en el
sistema.
Tipo Motor de almacenamiento Modelo de datos Motor de Consulta
Uni-Modelo(Nativo) Multi-Capas ´Unico ´Unico, diferentes APIs Dependiente del API
Multi-Modelo(Nativo) Variado Variado Mixto

Bases de datos Multi-Modelos
10
10
orientdb.com

Consideraciones
Facilidad de administración. Paradigma reciente.
Integración de componentes de bajo nivel.* Análisis reduccionista de desempeño
Tolerancia a fallos.
Escalabilidad.

Caso de estudio - OrientDB:
3 Comparaciones
4 Conclusiones

Caso de estudio - OrientDB: Criterio
OrientDB
En desarrollo desde 1998
publicada en 2010, por la
compañ´ıa Orient
Technologies.
Licenciada bajo Apache 2
Open Source, libre para
cualquier propósito.
Última versión liberada:
2.1.7 el 9 de diciembre.
Desarrollada en Java.
Luca Garulli:
”The First Ever Multi-Model Database Combining Flexibility of
Documents with Connectedness of Graphs”.

OrientDB

Popularidad
Data
Data by itself has little value, it’s the relationship between data that gives
it incredible value.a
a
How graph databases started the multi-model revolution. - Luca Garulli

Tendencia

Cuadrantes de complejidad de datos y relaciones

Caso de estudio - OrientDB: Caracter´ısticas
Esquema
Schema-full
Permite deﬁnir
propiedades a nivel de
clases, campos
mandatorios y
restricciones.

Esquema
Schema-full
Permite deﬁnir
clases, campos
mandatorios y
restricciones.
1 OClass account = database . getMetadata () . getSchema () .
c r e a t e C l a s s ( ”Account” ) ;
2 account . c r e a t e P r o p e r t y ( ” i d ” , OType . I n t e g e r ) ;
3 account . c r e a t e P r o p e r t y ( ” birthDate ” , OType . Date ) ;

Esquema
Schema-full
Permite deﬁnir
clases, campos
mandatorios y
restricciones.
1 p r o f i l e . c r e a t e P r o p e r t y ( ” nick ” , OType . STRING) . setMin ( ”3” ) .
setMax ( ”30” ) . setMandatory ( t r u e ) . setNotNull ( t r u e ) ;
2 p r o f i l e . c r e a t e I n d e x ( ” n i c k I d x ” , OClass . INDEX TYPE . UNIQUE, ”
nick ” ) ; // Creates unique c o n s t r a i n t

Esquema
Schema-full
Permite deﬁnir
clases, campos
mandatorios y
restricciones.
Schema-less
Permite clases sin
propiedades, en las
que los objetos
pueden tener campos
arbitrarios.

Esquema
Schema-full
Permite deﬁnir
clases, campos
mandatorios y
restricciones.
Schema-less
Permite clases sin
propiedades, en las
que los objetos
pueden tener campos
arbitrarios.
Schema-mixed
Permite clases con
algunas propiedades,
cuyos objetos pueden
tener campos
arbitrarios.

Transacciones
Atomicidad
Ejecución completa o nula de la
transacción.
OrientDB almacena las
transacciones en la RAM del
cliente, i.e. tamaño de la
transacción depende de la RAM
asignada a JVM.

Transacciones
Consistencia
Cada transacci´on lleva la base de
datos de un estado consistente al
otro.
OrientDB usa MVCC, ´ımplicito
en API de grafos y expl´ıcito en
API de documentos.
1 db . open ( ” remote : l o c a l h o s t :7777/ petshop ” ) ;
2 t r y { db . begin (TXTYPE. OPTIMISTIC) ;
3 // TRANSACTION
4 db . commit () ; }
5 catch ( Exception e ) { db . r o l l b a c k () ;}
6 f i n a l l y { db . c l o s e () ; }

Transacciones
Aislamiento
Ejecuci´on concurrente de
transacciones debe ser
equivalente a la ejecuci´on serial
de las mismas.
OrientDB permite dos niveles:
READ COMMITTED y
REPEATABLE READS
1 db . begin ()
2 db . getTransaction () . s e t I s o l a t i o n L e v e l ( OTransaction .
ISOLATION LEVEL .REPEATABLE READ) ;

Transacciones
Durabilidad
Una vez que la transacción hizo
commit ya perdurá a pesar de
fallos.
En conección remota con
OrientDB Server, si la aplicación
falla las transacciones pendientes
harán rollback al recuperarse
Auto-recovery

APIs
Lenguaje de consulta a grafos: Gremlin & Blueprint API.

APIs
Lenguaje de consulta relacional: SQL, extendido con
funcionalidades para grafos.

APIs
Est´andar de conexi´on: JDBC, para herramientas de Inteligencia de
Negocios.

APIs
Negocios.
Drivers:
Java,Node.js,Ruby,Clojure,Scala,R,Python,PHP,.NET,Perl,c/c++.

APIs
Negocios.
Drivers:
Java,Node.js,Ruby,Clojure,Scala,R,Python,PHP,.NET,Perl,c/c++.
Rest/JSON: Directamente con TCP/IP.

Modelo de datos
M. Relacional M. Documental M. Grafo M. Objetos Modelo de OrientDB
Tabla Colección Clase de Vértice / Enlace Clase
Clase o Cluster /
Clase que hereda de Vértice / Enlace
Fila Documento Vértice Objeto Documento / Vértice
Columna Clave - valor Propiedades de Vértice / Enlace Propiedad de objeto
Clave - valor del documento /
propiedad de Vértice / Enlace
Relación Embeber / Referenciar Enlace Apuntador Links*

Modelo de datos

Caso de estudio - OrientDB: Operaciones
Operaciones

B´asicas (gui)11
1 /∗ Creacion de c l a s e s : ∗/
2 c r e a t e c l a s s Person extends V
3 /∗ Ceacion de propiedades : ∗/
4 c r e a t e pro pe rty Person . firstName s t r i n g
5 /∗ I n s e r t a r datos : ∗/
6 i n s e r t i n t o Person ( firstName , lastName ) v a l u e s ( ”Wilmer” , ”
Gonzalez ” ) ,( ” Vanessa ” , ”Tovar” ) ,( ” Frank ” , ” Travieso ” )
7 /∗O: ∗/
8 i n s e r t i n t o Company s e t name = ”UCV org . ”
9 /∗ Crear e n l a c e s : ∗/
10 c r e a t e edge WorksAt from #12:1 to #13:0
11 /∗ i n s e r t with content ∗/
12 i n s e r t i n t o CLuster content {”name” : ” C h a r l i e ” , ”age” :10}
11
udemy.com/orientdb-getting-started

B´asicas (consola)
1 /∗ Crear db∗/
2 c r e a t e database remote : l o c a l h o s t /[NAME] [USER NAME] [PASSW] [
STORAGE]
3 /∗ Ejemplo ∗/
4 c r e a t e database remote : l o c a l h o s t /ConsoleDemo root h e l l o
p l o c a l
5 /∗ d e s c o n e c t a r s e ∗/
6 d i s c o n n e c t
7 /∗ c o n e c t a r s e s e r v i d o r ∗/
8 connect remote : l o c a l h o s t root h e l l o
9 /∗ l i s t a r db∗/
10 l i s t databases
11 /∗ c o n e c t a r s e a alguna db∗/
12 connect remote : l o c a l h o s t / databases /ConsoleDemo
13 admin admin/∗ d e f a u l t user created ∗/
14 /∗ connect l o c a l ∗/
15 connect p l o c a l : . . / databases /ConsoleDemo admin admin
16 /∗ backup database ∗/
17 backup database d i r / to /backup

Manejo de clases
1 CREATE CLASS Person
2 CREATE CLASS Person EXTENDS V
3 CREATE CLASS v e h i c l e CLUSTER 4
4 CREATE CLASS DataItem ABSTRACT
5 /∗ ˆNo puede almacenar datos directamente ∗/
6 ALTER CLASS Person NAME I n d i v i d u a l
7 ALTER CLASS Acount ADDCLUSTER EuropeA
8 ALTER CLASS car CLUSTERSELECTION round−r o b i n
9 DROP CLASS Person
10 TRUNCATE CLASS Lead

Manejo de cl´usters
1 CREATE CLUSTER AccountArg
2 CREATE CLUSTER AccountVe POSITION 4
3 ALTER CLUSTER AccountArg NAME ArgentinaA
4 ALTER CLUSTER Europe COMPRESSION gzip
5 ALTER CLUSTER V CONFLICTSTRATEGY automerge
6 DROP CLUSTER AccountArg
7 DROP CLUSTER 4
8 TRUNCATE CLUSTER America
9 ALTER CLASS Person CLUSTERSELECTION balanced

Manejo grafos
1 CREATE VERTEX Person CLUSTER i t a l y SET f i r s t n a m e = ’BOB ’
2 DELETE VERTEX #20:865
3 DELETE VERTEX Person WHERE i n . @Class = ’ MembershipExpired ’
4 CREATE EDGE FROM #10:6 TO #10:8
5 /∗no genera documento ∗/
6 CREATE EDGE FROM #10:6 TO #10:8 CONTENT { value : 120}
7 SELECT FROM Person WHERE any () t r a v e r s e (0 ,3) ( f i r s t n a m e = ’
Carl ’ )
8 SELECT FROM ( TRAVERSE f r i e n d s FROM #10:5 WHILE $depth <= 3 )
WHERE $depth > 1
9 SELECT i n ( ’ isModel ’ ) . c o l o r FROM #10:7
10 SELECT outV () FROM Bought WHERE PurchasePrice > 1000
11 SELECT s h o r t e s t p a t h (#19:5 ,#82:6 , ’BOTH’ )
12 SELECT d i j k s t r a (#15:7 ,#19:8 , ’ weight ’ ) FROM V

Manejo grafos
Otras funciones in(), out(), both(), outE(), inE(), bothE(), outV(), inV(),
traversedElement(), traversedEdge(), traversedVertex(),
shortestPath(), dijkstra().

Seguridad
Orientada a roles,
predeﬁnidos:
admin,reader,writer.
1 INSERT INTO OUser SET name
= ’ j a y ’ , password = ’ JaY
’ , s t a t u s = ’ACTIVE ’ ,
r o l e s = (SELECT FROM
ORole WHERE name = ’
r e a d e r ’ )

Seguridad
Orientada a roles,
predeﬁnidos:
admin,reader,writer.
A nivel de registro,
mediante campos especiales:
allowRead, allow, allowUpdate, allowDelete
1 CREATE CLASS Order EXTENDS
V, ORestricted
2 UPDATE #43:22 ADD
allowRead #5:10

Caso de estudio - OrientDB: Arquitectura
Arquitectura - Multi-Maestro12
12
Implementaci´on de HazelCast.

Arquitectura

Arquitectura - Distribución de la configuración

Arquitectura

Arquitectura - Cambio autom´atico de servidor

Arquitectura - Actualizaci´on de las conﬁguraciones

Otros detalles
Índice MVRB-tree, RB-Tree con múltiples valores en los nodos.13
Multi-Maestro Implementación de HazelCast.
Fallas temporales Hinted handoff & Sloppy quorum?
13
Andrey Lomakin groups.google.com/orient-database

Caso de estudio - OrientDB: Limitaciones
Limitaciones14
hotAlignment:Usado para mantener mensajes al nodo
inalcanzable.Si está habilitado puede llevar a inconsistencia de la base
de datos, si no, puede no guardarse toda la información del sharding.
Sharding: No soporta auto-sharding.
Tamaño del registro Documentos, vértices y enlaces son
almacenados como registros de hasta 2GB.
Map-Reduce Solo puede ser simulado con consultas distribu´ıdas
14
Más detalles en orientdb.com/docs/last/Limits.html

Caso de estudio - OrientDB: Usos
Usos
15
15
casos comunes incluyen: series de tiempo, motores de chat,almacenamiento en
clave-valor, entre otros.

Comparaciones
Tendencia

Conclusiones
3 Comparaciones
4 Conclusiones

Conclusiones
Discusi´on
¿Preguntas o comentarios?

Conclusiones
Agradecimientos17
16
¡Gracias!
Disponible en:
bit.do/MultiModel pre
16
xkcd.com/327
17
Realizado en Overleaf.com

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