[論文レビュー] Towards a Polyglot Data Access Layer for a Low-Code Application Development Platform

Ana Nunes Alonso, João Abreu+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2020

Software System Performance and Reliability被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、OutSystems低コードプラットフォーム向けに、拡張SQLベースのクエリエンジンと埋め込みスクリプト断片を備えたポリグロットデータアクセスレイヤーを提案する。これにより、多様なNoSQLデータストアに対するシームレスなクエリが可能となり、PostgreSQLのForeign Data Wrappersを活用し、スキーマのインスペクション、クエリ最適化、ネイティブ言語のオーバーライドをサポートすることで、低コードのシンプルさを保ちながらNoSQLの能力をフルに活用できる。その結果、NoSQLの専門知識が不要な効率的でスケーラブルかつインタラクティブなデータアクセスが実現された。

ABSTRACT

Low-code application development as proposed by the OutSystems Platform enables fast mobile and desktop application development and deployment. It hinges on visual development of the interface and business logic but also on easy integration with data stores and services while delivering robust applications that scale. Data integration increasingly means accessing a variety of NoSQL stores. Unfortunately, the diversity of data and processing models, that make them useful in the first place, is difficult to reconcile with the simplification of abstractions exposed to developers in a low-code platform. Moreover, NoSQL data stores also rely on a variety of general purpose and custom scripting languages as their main interfaces. In this paper we propose a polyglot data access layer for the OutSystems Platform that uses SQL with optional embedded script snippets to bridge the gap between low-code and full access to NoSQL stores. In detail, we characterize the challenges for integrating a variety of NoSQL data stores; we describe the architecture and proof-of-concept implementation; and evaluate it with a sample application.

研究の動機と目的

• 複数のNoSQLクエリ言語を習得する必要がないまま、多様なNoSQLデータストアを低コードプラットフォームに統合する課題に対処すること。
• NoSQLの複雑さを抽象化することで低コード体験を保ちつつ、必要に応じて高度なクエリ機能への完全アクセスを可能にすること。
• 統一的かつ拡張可能なクエリエンジンを通じて、NoSQLストアに対するインタラクティブでスケーラブルかつ安全なデータアクセスを可能にすること。
• 拡張SQLに埋め込みスクリプト断片を組み合わせたアプローチが、低コード抽象化とNoSQLシステムの機能の間のギャップを埋める可能性と有効性を評価すること。

提案手法

• 多様なNoSQLデータモデルを最小限の概念的オーバーヘッドで表現するため、ネストされた複合型（マップ、配列）を備えた拡張リレーショナルモデルを採用する。
• Foreign Data Wrappersを備えたPostgreSQLに基づくフェデレーテッドクエリエンジンにより、複数のNoSQLソースを統合し、クロスストアクエリと最適化を可能にする。
• 統合時においてスキーマのインスペクションを自動で実行し、複合キーまたはカスタム構造についてはオプションで手動オーバーライドを提供する。
• NoSQLシステム（例：MongoDB、Elasticsearch）のネイティブクエリ断片をSQLクエリ内に埋め込み、標準SQLでは表現できない高度な機能にアクセス可能にする。
• クエリプッシュダウンと最適化（例：MongoDBパイプラインでの$matchの使用）をサポートし、データ転送を削減し、パフォーマンスを向上させる。
• マテリアライズドビューを用いて、複雑でデータストア固有のアクセスパスをカプセル化し、ネイティブクエリロジックの再利用と最適化を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多様で異種のデータおよびクエリモデルを持つNoSQLデータストアを、低コードプラットフォームが効率的かつ透明に統合する方法は何か？
• RQ2 埋め込みスクリプト断片を備えた拡張SQLベースのクエリエンジンが、低コード抽象化と完全なNoSQL機能の間のギャップをどの程度埋められるか？
• RQ3 スキーマのインスペクションが、パフォーマンスと柔軟性を維持しつつ、開発者生産性をどのように高めるか？
• RQ4 標準SQLとネイティブクエリ断片の組み合わせが、複雑で最適化され、スケーラブルなデータアクセスをどの程度効果的にサポートできるか？
• RQ5 抽象化と低レベル制御の両方をサポートするポリグロットデータアクセスレイヤーを構築する際の、主なアーキテクチャ的および実装上のトレードオフは何か？

主な発見

• ネスト型を備えた拡張リレーショナルモデルは、概念的または変換オーバーヘッドを最小限に抑えつつ、多数のNoSQLデータモデルを効果的にマッピングできた。
• スキーマのインスペクションは、特に複合キーまたはカスタム構造のオプション手動オーバーライドを組み合わせることで、開発者生産性を顕著に向上させた。
• SQL内にネイティブクエリ断片を埋め込むことで、標準SQLでは表現できない高度なNoSQL機能にアクセス可能でありながら、低コード抽象化を損なわずに済ませた。
• フェデレーテッドクエリ機能とスクリプティングレイヤーを備えた標準SQLエンジンの使用は、実際の運用においてカスタムクエリエンジンを上回る高い有効性を示した。
• クエリプッシュダウン最適化（例：MongoDBパイプラインでの$matchのプッシュダウン）により、データ転送量が著しく削減され、パフォーマンスが向上した。
• マテリアライズドビューの置換は、現在のプロトタイプで欠落している重要な機能であると特定され、複雑でデータストア固有のアクセスパターンをカプセル化・再利用する上でその重要性が浮き彫りになった。