(MongoDB - 1) NoSQL, MongoDB 소개

NoSQL의 등장 배경과 MongoDB 소개, 실습 환경 준비

게시 2024/05/05

14 분읽는 시간

1.2 NoSQL 등장 배경

소셜 미디어 플랫폼들이 등장하면서 데이터베이스들은 높은 처리량(high-throughput)과 낮은 지연시간(low-latency), 등이 요구되었다.

또한 기존의 정형 데이터가 아닌 비정형, 반정형 데이터가 많아지면서, 관계형 데이터베이스(SQL Database)가 다루지 못하는 영역까지 다룰 수 있는 NoSQL(Not only SQL) 데이터베이스가 등장하게 된다.

정리해서 이야기 하자면 다양항 데이터 유형의 등장, 빅데이터, 대용량 트래픽을 다루는 웹 및 모바일 애플리케이션의 등장에 맞춰서 NoSQL은 확장성, 성능, 사용 편의성으로 인해 인기를 얻기 시작했다. NoSQL은 기존의 정형화된 데이터베이스 구조를 따르지 않으며, 데이터 쿼리에 SQL만을 사용하지 않는다.

1.3 NoSQL 분류 및 특징

NoSQL 데이터베이스의 종류는 굉장히 많고, 특징에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

Key-Value Based
- 키는 데이터의 속성을 나타내며 고유 식별자 역할을 한다
- 키-값 모두 간단한 정수부터 복잡한 JSON 까지 될 수 있다
- 사용자 세션 데이터, 선호도, 실시간 추천, 캐싱 등에 적합한 Key-Value 쌍으로 저장
- 예) Redis, Memchached, DynamoDB 등
- Redis의 경우 in-memory 캐시 DB로 많이 사용한다
Document-Based
- 레코드 및 관련 데이터가 하나의 문서 내에 저장되어 유연한 인덱싱 및 임시 쿼리가 가능하다
- 실제 use-case로는 이커머스, 의료 기록, CRM 등이 있다
- 예) MongoDB, DocumentDM, CouchDB 등
Column-Based
- 데이터는 행이 아닌 열로 구성되어 있어 많은 쓰기 요청이 필요한 시계열 데이터, 날씨 데이터, IoT 데이터 등에 적합하다
- 예) Cassandra, HBase 등
Graph-Based
- 그래프 모델을 활용하여 데이터를 표현하고 저장하기 때문에 데이터간 연결 및 관계를 시각화하기 적합하다
- 실제 use-case에는 소셜 네트워크, 추천, 네트워크 다이어그램, 액세스 관리 등에 사용한다
- 예) Neo4j, CosmosDB 등

https://learn.microsoft.com/ko-kr/dotnet/architecture/cloud-native/relational-vs-nosql-data

remade by seungki1011

NoSQL 데이터베이스는 대용량의 데이터를 처리할 수 있는 능력, 분산 처리 시스템 지원, 확장의 용이성, 유연한 스키마 등의 특징이 있다
- NoSQL의 경우 ACID를 일부 포기하고 그 대신 높은 처리량과 낮은 지연성을 추구한다
- NoSQL에서는 보통 중복을 허용해서 데이터를 JOIN 없이 조회할 수 있도록 한다
- 필요한 데이터를 그냥 중복이 있어도 전부 저장해놓는 특징 때문에 스케일 아웃도 용이하다
이런 NoSQL 데이터베이스의 특징은 에자일한 개발에 유용하다
반면 관계형 데이터베이스와 대조되는 강점을 가짐에도 불구하고, NoSQL 데이터베이스는 상대적으로 ACID 준수성이 부족하고 정형 데이터를 다루는 경우 관계형 데이터베이스에 비해서 기능이 부족할 수 있다
- 그렇게 때문에 Transaction이나 데이터 정합성과 같은 ACID가 정말 중요한 금융 시스템과 같은 경우 NoSQL 데이터베이스를 사용하지 않고 관계형 데이터베이스를 사용한다

2. MongoDB 소개

2.1 MongoDB의 특징

몽고DB(MongoDB)는 도큐먼트 지향(Document-oriented) 데이터베이스이다. NoSQL 데이터베이스로 분류되는 몽고DB는 동적 스키마형 JSON 도큐먼트에 데이터를 입력한다. 몽고DB는 BSON(Binary JSON)이라는 포맷을 사용해서 저장한다.

BSON은 쉽게 생각해서 JSON 도큐먼트를 바이너리(Binary)로 인코딩한 포맷이라고 생각하면 편하다.

공식 문서 참고 : https://www.mongodb.com/json-and-bson

그럼 몽고DB의 특징을 살펴보자.

RDBMS vs MongoDB

몽고DB에서는 테이블이 아니라 컬렉션(Collection)이라는 명칭을 사용한다
- 컬렉션은 도큐먼트(Document)의 모음
  - 도큐먼트를 저장하기 위한 논리적인 묶음이라고 보면 된다
  - RDBMS의 테이블을 생각하면 된다
- 몽고DB는 기본적으로 도큐먼트의 스키마에 제약이 없지만, 컬렉션 단위에서 도큐먼트들이 같은 필드, 데이터 타입을 이용하도록 제약(validator)을 걸 수 있다
- Schema Validation을 사용하지 않더라고 애플리케이션 레벨에서 스키마 규칙을 프로그래밍적 모델로 가지고 있는 것이 좋다
- db.createCollection("user") 같은 형태로 컬렉션 생성이 가능, 도큐먼트를 생성하는 과정에서도 컬렉션이 존재하지 않았다면 몽고DB에서 자동으로 생성해준다
몽고 DB는 기본적으로 도큐먼트 단위로 데이터를 입력하고 조회한다
- 데이터는 컬럼에 해당하는 필드(field, key)와 해당하는 값(value)을 입력하면 된다
  - 쉽게 말해서 JSON 형태로 데이터를 입력하면 된다
- 몽고DB는 기존의 관계형 데이터베이스와 다르게 스키마가 아무것도 정해지지 않았기 때문에 자유롭게 필드를 정해서 값을 입력해도 된다
- db.user.insertOne({ 필드:값 }) 같은 형태로 하나의 도큐먼트를 입력할 수 있다
도큐먼트는 고유한 _id를 할당받는다
- _id를 할당받는 시점은 데이터 삽입 시점
- 자동 할당을 받는 경우 ObjectId 형식의 데이터로 _id가 생성된다
- ObjectId의 경우 ObjectId.getTimestamp()를 이용해서 생성 시점을 가져올 수 있음
- _id를 직접 지정하는 것도 가능
전체 도큐먼트를 조회하고 싶으면 db.user.find({}) 같은 형태로 조회할 수 있다
몽고DB는 개발자들이 애플리케이션 레벨에서 스키마 관리를 한다

MongoDB는 데이터 중복 허용

기존의 RDBMS는 Product, User, Order 테이블을 쪼개서 중복이 없도록 설계하고, 이후 JOIN을 통해서 필요한 데이터를 조회한다
반면 NoSQL 데이터베이스인 몽고DB에서는 중복된 데이터를 저장해도 괜찮다는 철학을 가진다
- 한 번 읽을 때 필요한 모든 데이터를 다 저장해놓기 때문에, 굳이 JOIN을 사용하지 않아도 된다
- JOIN을 사용하지 않기 때문에 과도한 JOIN 수행으로 인한 성능 오버헤드를 방지할 수 있다
데이터 중복 허용을 통한 JOIN 필요성을 제거하는 대신, 애플리케이션 레벨에서 데이터들이 모두 최신 상태를 유지할 수 있도록 관리해야한다
도큐먼트에서 필드 안의 필드 같은 중첩(nested)된 형태로 데이터를 저장하는 것이 가능하다. 그러나 이 경우 데이터 저장, 검색, 집계 과정에서 속도가 느려질 가능성이 있다. 물론 데이터가 적을때는 큰 차이가 없지만, 데이터가 많아지면 성능이 떨어질 수 있기 때문에 유의해서 스키마를 설계하자
물론 유연한 스키마를 사용할 수 있지만, RDBMS 데이터베이스 처럼 컬렉션을 참조해서 마치 JOIN을 하는 것 처럼 사용이 가능하다

2.1 MondoDB 설치

MongoDB를 사용하기 위한 초기 셋팅을 해보자.

로컬에 몽고DB를 설치하지 않고 도커 컴포즈를 사용해서 몽고DB 컨테이너를 이용하자.

다음 두 개의 컨테이너를 올려서 사용할 것이다.

MondoDB
MongoExpress(GUI 툴)

몽고DB와 CLI로 상호작용하기 위해서 Mongosh를 설치할 것이다.

Mongosh 설치 : https://www.mongodb.com/docs/mongodb-shell/install/

JSON 파일에 존재하는 데이터를 몽고DB의 데이터베이스로 불러오기 위해 사용하는 mongoimport를 설치하자.

mongodb-database-tools 설치 : https://www.mongodb.com/docs/database-tools/installation/installation-macos/#installation

그럼 이제 compose.yaml 파일을 다음과 같이 작성하자.

  


services:
  mongodb:
    image: mongo:latest
    container_name: mongodb-container
    restart: always
    ports:
      - "27017:27017"
    environment:
      MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME: root
      MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD: admin
    volumes:
      - /Users/{사용자이름}/Desktop/mongodb-data:/data/db

  mongo-express:
    image: mongo-express
    container_name: mongo-express-container
    restart: always
    ports:
      - "8081:8081"
    environment:
      ME_CONFIG_MONGODB_SERVER: mongodb-container
      ME_CONFIG_MONGODB_ADMINUSERNAME: root
      ME_CONFIG_MONGODB_ADMINPASSWORD: admin

networks:
  default:
    name: mongodb-network

27017은 몽고DB 기본 포트
mongodb-network라는 도커 네트워크를 정의하고, mongodb와 mongo-express 컨테이너가 이 네트워크를 통해 통신할 수 있도록 한다
MongoExpress를 사용하기 위해서는 http://localhost:8081/에 접속하면 된다

compose.yaml을 작성한 디렉토리로 가서 docker compose up -d 또는 docker compose -f {컴포즈 파일명} -d를 이용해서 컨테이너와 네트워크를 생성하자.

생성이 완료되었으면 mongodb-container, mongo-express-container라는 두개의 컨테이너와 mongodb-network라는 네트워크가 만들어져야한다.

docker network inspect mongodb-network를 통해서 mongodb-network에 두 컨테이너 모두 포함되어 있는지 확인해보자.

이제 mongosh를 이용해서 몽고DB에 접속해보자.

mongosh --host 127.0.0.1 --port 27017 --username root --password admin

또는

mongosh "mongodb://root:admin@127.0.0.1:27017"

--authenticationDatabase {DB명} 옵션을 이용하면 해당 user가 권한을 가지는 데이터베이스로 접속할 수 있다
127.0.0.1 대신 localhost 가능

연결을 끊기 위해서는 .exit, exit, exit(), quit, quit() 등을 사용할 수 있다
cls를 이용해서 몽고쉘의 콘솔을 비울수 있다

Reference

3. 데이터베이스(DB), MongoDB

nosql mongodb