[論文レビュー] Managing Schema Evolution in NoSQL Data Stores

Stefanie Scherzinger, Meike Klettke+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2013

Advanced Database Systems and Queries参考文献 12被引用数 40

ひとこと要約

本論文は、NoSQLデータストアにおけるスキーマ変更（プロパティの追加、リネーム、移動など）を、下位のデータベースを変更せずに体系的に行うための宣言的スキーマ変更言語を提案する。このアプローチはNoSQLストアをブラックボックスとして扱い、汎用的なデータベースプログラミング言語を用いて、多様なNoSQLシステムにおいて安全かつ効率的にスキーマ操作を実装する。これは、アジャイルで頻繁なリリースが行われる環境において、データの一貫性を維持するという重要な課題に応える。

ABSTRACT

NoSQL data stores are commonly schema-less, providing no means for globally defining or managing the schema. While this offers great flexibility in early stages of application development, developers soon can experience the heavy burden of dealing with increasingly heterogeneous data. This paper targets schema evolution for NoSQL data stores, the complex task of adapting and changing the implicit structure of the data stored. We discuss the recommendations of the developer community on handling schema changes, and introduce a simple, declarative schema evolution language. With our language, software developers and architects can systematically manage the evolution of their production data and perform typical schema maintenance tasks. We further provide a holistic NoSQL database programming language to define the semantics of our schema evolution language. Our solution does not require any modifications to the NoSQL data store, treating the data store as a black box. Thus, we want to address application developers that use NoSQL systems

研究の動機と目的

• 現代のウェブアプリケーションで使用されるスキーマレスなNoSQLデータストアにおいて、体系的なスキーマ管理ツールの欠如に対処すること。
• 週次または日次リリースが繰り返されるアジャイル開発手法を支援すること。
• さまざまなNoSQLデータベース間で移植可能にスキーマ変更操作を定義できる宣言的でポータブルな言語を提供すること。
• データストアをブラックボックスとして扱うことで、スキーマ変更をNoSQLバックエンドから分離すること。
• アプリケーションの進化に伴う本番データの安全で一貫性のある移行を可能にすること。

提案手法

• エンティティ間のプロパティの追加、削除、リネーム、コピー、移動といった一般的な操作をサポートする宣言的スキーマ変更言語を設計すること。
• 複数のNoSQLシステムとの互換性を確保するために、汎用的なNoSQLデータベースプログラミング言語を用いてスキーマ変更言語を実装すること。
• スキーマ変更の挙動を捉える包括的なプログラミング言語を用いて、スキーマ操作の意味を定義すること。
• 決定論的な移行意味論を強制することで、データ一貫性を損なう非決定的移行を回避し、後方互換性を確保すること。
• NoSQLデータストアの変更を必要としないため、データベースとしてのサービス環境での利用を可能にすること。
• 既存のオブジェクトマッパーとアプリケーションレベルの抽象化を活用して、スキーマ変更をデータストア操作にマッピングすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スキーマ定義や管理機能を内蔵しないNoSQLデータストアにおいて、どのようにしてスキーマ変更を体系的に管理できるか。
• RQ2 本番環境におけるNoSQLに格納されたデータの暗黙的スキーマを進化させるために、必要な操作でありかつ安全なものは何か。
• RQ3 バックエンドの変更なしに、異なるNoSQLデータベース間でスキーマ変更を宣言的かつポータブルに表現する方法は何か。
• RQ4 NoSQLシステムにおける能動的移行と遅延移行の違いがもたらす影響は何か。両方を安全にサポートする方法は。
• RQ5 既存のオブジェクトマッパーおよびアプリケーションフレームワークは、NoSQLデータストア向けのスキーマ変更言語とどのように統合できるか。

主な発見

• 提案されたスキーマ変更言語により、開発者はNoSQLデータストア全体にわたり、プロパティの追加、リネーム、移動といった一般的なスキーマ変更を宣言的に表現できる。
• この言語は汎用的なNoSQLデータベースプログラミング言語を介して実装されており、バックエンドの変更を要せず、さまざまなNoSQLシステムとの広範な互換性を確保している。
• スキーマ操作は決定論的かつ安全に実行され、データ一貫性を損なう非決定的移行を回避する。
• このアプローチはNoSQLデータストアをブラックボックスとして扱うため、直接の構成が不可能なデータベースとしてのサービス環境に適している。
• この解決策は、能動的移行と将来の遅延移行戦略の両方をサポートしており、異なるリリースサイクルやデータ進化パターンに柔軟に対応できる。
• 既存のNoSQLオブジェクトマッパー（例：Objectify、Morphia）はスキーマ変更のサポートが限定的であるが、本研究は体系的で宣言的なアプローチによりそのギャップを埋めている。