データモデル、スケーラビリティ、一貫性を比較して、どの場面でSQLやNoSQLが適しているかをわかりやすく解説します。

アプリケーション設計でSQLとNoSQLのどちらを選ぶかは、設計・構築・スケール手法に大きく影響します。データベースのモデルは、データ構造やクエリパターンからパフォーマンス、信頼性、チームの開発速度までを左右します。
大きく分けて、SQLデータベースはリレーショナルなシステムです。データは固定スキーマのテーブル(行と列)に整理され、エンティティ間の関係は外部キーなどで明示されます。SQLという宣言的な言語でデータを問い合わせ、ACIDトランザクションや強い整合性、明確な構造を重視します。
NoSQLデータベースは非リレーショナルなシステムです。単一の硬直したテーブルモデルではなく、用途に応じて複数のデータモデルを提供します。代表的には:
つまり「NoSQL」は単一の技術ではなく、柔軟性・パフォーマンス・データモデリングにおけるトレードオフが異なる複数のアプローチの総称です。多くのNoSQLシステムは、強い整合性を緩和してスケーラビリティや可用性、低レイテンシを優先します。
この記事では、SQLとNoSQLの**データモデル、クエリ言語、パフォーマンス、スケーラビリティ、一貫性(ACID vs eventual consistency)**の違いに焦点を当て、具体的なプロジェクトでどちらを選ぶべきかを考えます。
ただし、どちらか一方に限定する必要はありません。多くの現代的アーキテクチャではポリグロット・パーシステンスを採用し、用途に応じてSQLとNoSQLを共存させます。
SQL(リレーショナル)データベースは、構造化された表形式でデータを保存し、Structured Query Language(SQL)で定義・問い合わせ・操作を行います。数学の関係(relation)の概念に基づき、テーブルという整然とした構造でデータを扱います。
データはテーブルに整理されます。テーブルは customers、orders、products のようにエンティティの種類を表します。
email や order_date のような属性です。各テーブルには固定スキーマがあります。スキーマは次を定義します:
INTEGER、VARCHAR、DATE など)NOT NULL、UNIQUE など)データベースがスキーマを強制するため、データは一貫して予測可能になります。
リレーショナルデータベースはエンティティ間の関係を表現するのが得意です。
customer_id)。\n- **外部キー(foreign key)**は別テーブルの主キーを参照し、関連する行を結び付けます。これにより次のような関係を定義できます:
リレーショナルデータベースはトランザクションをサポートします。トランザクションは一連の操作を1つの単位として扱い、次のACID特性を満たします:
これらの保証は、金融システムや在庫管理など、正確性が重要なアプリケーションで不可欠です。
よく使われるリレーショナルデータベースには:
これらはSQLを実装しつつ、それぞれに管理・チューニング・セキュリティ周りの拡張機能を持っています。
NoSQLは非リレーショナルなデータストアの総称で、従来のテーブル–行–列モデルを使わない設計が特徴です。柔軟なデータモデル、水平スケール、高可用性を重視し、しばしば厳密なトランザクション保証を弱めます。
多くのNoSQLデータベースはスキーマレスまたはスキーマフレキシブルと呼ばれます。厳密なスキーマを事前定義する代わりに、同じコレクションやバケット内で異なる構造のレコードを保存できます。
これは次のようなケースに有効です:
フィールドはレコードごとに追加・省略できるため、マイグレーションなしで迅速に反復開発できます。
NoSQLは複数のモデルを包含します:
多くのNoSQLシステムは可用性と分断耐性を優先し、データ全体に対する厳密なACID保証を放棄して**最終的整合性(eventual consistency)**を採用することがあります。一部の製品は整合性レベルを調整できるか、ドキュメント単位やパーティション単位の限定的なトランザクション機能を提供します。
データモデリングはSQLとNoSQLの差が最も顕著に表れる部分です。これは機能設計、クエリ、そしてアプリの進化の仕方に影響します。
SQLデータベースは構造化された事前定義のスキーマを使います。テーブルやカラムを前もって設計し、厳密な型や制約を設定します:
CREATE TABLE users (
id INT PRIMARY KEY,
name VARCHAR(100) NOT NULL
);
CREATE TABLE orders (
id INT PRIMARY KEY,
user_id INT NOT NULL,
total DECIMAL(10, 2) NOT NULL,
FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id)
);
すべての行はスキーマに従う必要があります。後で変更するには通常マイグレーション(ALTER TABLE、バックフィルなど)が必要です。
NoSQLデータベースは一般に柔軟なスキーマをサポートします。ドキュメントストアでは各ドキュメントが異なるフィールドを持つことが可能です:
{
"_id": 1,
"name": "Alice",
"orders": [
{ "id": 101, "total": 49.99 },
{ "id": 102, "total": 15.50 }
]
}
フィールドはドキュメントごとに追加でき、中央でのスキーママイグレーションは不要です。製品によっては任意のスキーマや強制スキーマの機能もありますが、一般的にはより緩やかです。
リレーショナルモデルは正規化を促します:データを複数テーブルに分割して重複を避け、整合性を保ちます。これにより書き込みは小さく一貫性が取りやすくなりますが、読み取り時は多くのJOINが必要になることがあります。
NoSQLモデルはしばしば非正規化を好みます:関連データを読み取り側の利便性のために埋め込みます。これにより読み取り性能が向上し、クエリが単純になりますが、同じ情報が複数箇所に存在すると書き込みや更新が複雑になる可能性があります。
SQLではリレーションは明示的で強制されます:
NoSQLではリレーションは次のように扱います:
選択はアクセスパターンで決まります:
SQLではスキーマ変更に計画が必要ですが、データセット全体の一貫性が保証されます。リファクタリングは明示的で、マイグレーション、バックフィル、制約更新が発生します。
NoSQLでは要件の進化を短期的にサポートしやすく、新しいフィールドを即座に保存でき古いドキュメントを段階的に更新できます。トレードオフは、アプリケーションコードがさまざまなドキュメント形状や例外に対応する必要がある点です。
正規化されたSQLモデルと非正規化されたNoSQLモデルのどちらが良いかは「優劣」ではなく、クエリパターン、書き込み量、ドメインモデルの変化頻度に合わせることです。
SQLデータベースは宣言的言語で問い合わせます。つまり「何を欲しいか」を記述し、「どう取得するか」はデータベースに任せます。SELECT、WHERE、JOIN、GROUP BY、ORDER BY といった構成要素で複雑な質問を単一の文で表現できます。
SQLは標準(ANSI/ISO)化されているため、多くのリレーショナルシステムは共通のコア構文を持ちます。ベンダーは拡張を加えますが、スキルやクエリはPostgreSQL、MySQL、SQL Server間である程度移植可能です。
この標準化により、ORM、クエリビルダ、BIツール、マイグレーションフレームワーク、クエリオプティマイザなど豊富なエコシステムが利用できます。多くのツールをほとんど変更せずに別のSQLデータベースに接続できるため、ベンダーロックインが減り開発が速くなります。
NoSQLシステムはより多様なクエリ手段を提供します:
一部のNoSQLは集約パイプラインやMapReduce風の仕組みで分析を提供しますが、コレクション間やパーティション横断の結合は限定的です。関連データは同じドキュメントに埋め込むか、レコード間で非正規化して保存する設計が一般的です。
リレーショナルなクエリはJOIN重視のパターンが多く、正規化されたデータを読み取り時に結合して再構築します。これはアドホックなレポーティングに強力ですが、複雑なJOINは最適化や理解が難しくなることがあります。
NoSQLのアクセスパターンはドキュメント中心/キー中心になりがちで、アプリケーションの頻出クエリに合わせてデータを設計します。読み取りは高速かつ単純(多くは単一キーのルックアップ)ですが、アクセスパターンが変わるとデータの再設計が必要になります。
学習と生産性の観点では:
リレーションを横断する柔軟なアドホッククエリが必要なチームはSQLを好み、非常に大規模で安定したアクセスパターンを持つチームはNoSQLが適していることが多いです。
ほとんどのSQLデータベースはACIDトランザクションを中心に設計されています:
このため、正確性がスループットより重要なケースにSQLは適しています。
多くのNoSQLはBASE特性に傾きます:
書き込みは分散かつ高速ですが、読み取りが最新でないことが短時間存在する可能性があります。
CAPは、分散システムがネットワーク分断時に整合性(C)と可用性(A)のどちらかを選ばざるを得ないことを示します。
典型的なパターン:
現在のシステムは操作ごとやパーティションごとに整合性を調整できることが多く、アプリの異なる部分が必要な保証を選べるようになっています。
伝統的にSQLデータベースは強力な単一ノード向けに設計されています。
通常は垂直スケール(CPU・RAM・ディスクを強化)で始め、リードレプリカを使って読み取りを分散します。これは次の状況に向いています:
しかし垂直スケールはハードウェアとコストの制限にぶつかることがあり、リードレプリカはレプリケーション遅延を生むことがあります。
NoSQLシステムは通常水平スケールを前提に作られています。シャーディングやパーティショニングでデータを複数ノードに分散し、読み取り・書き込みを分散させてスループットを高めます。
この方式は次の用途に適します:
代償として運用面の複雑さ(シャードキー選定、リバランス対応、クロスシャードクエリの扱いなど)が増します。
複雑な結合や集約が多い読み取り中心のワークロードでは、よく設計されたインデックスとオプティマイザを持つSQLデータベースが非常に高速です。
多くのNoSQLは単純なキーアクセスパターンに最適化されます。予測可能なクエリであれば低レイテンシ・高スループットを発揮しますが、パーティション横断のクエリや二次インデックス、多ドキュメント操作は遅くなったり制限されることがあります。
運用面では、NoSQLをスケールするにはクラスタ管理が増え、SQLをスケールするにはハードウェアと綿密なインデックス設計が重要になります。
リレーショナルデータベースは高頻度OLTPに強みがあります:
これらはACIDトランザクション、厳格な整合性、明確なロールバック挙動が必要です。資金移動で二重課金や損失が許されない場合、ほとんどの場合SQLが安全です。
データモデルが安定していてエンティティ間の関係が多い場合、リレーショナルが自然な選択です。例:顧客、注文、請求書、商品、配送や、患者・診療・処方箋・検査などの医療記録。SQLの正規化、外部キー、JOINによりデータ整合性を保ちながら複雑な関係を問い合わせられます。
スター/スノーフレークスキーマ等の明確な構造を持つBIや分析には、SQLやSQL互換のデータウェアハウスが好まれます。分析者はSQLに慣れており、既存ツールとの統合も豊富です。
リレーショナルと非リレーショナルの議論で見落とされがちなのは運用の成熟度です。SQLは:
監査や認証、法的責任が重い領域では、SQLの方が扱いやすいことが多いです。
NoSQLはスケール、柔軟性、常時稼働が複雑な結合や厳格なトランザクションより重要な場合に向きます。
大量の書き込みや突発的なトラフィックスパイク、数TB以上に成長するデータセットが見込まれる場合、キー・バリューやワイドカラムのNoSQLが水平スケールしやすい選択になります。ノードを追加して容量を増やす設計が組み込みであることが多いです。
例:高トラフィックのWeb/モバイル、ゲームのバックエンド、広告技術、推薦エンジンなど。
データモデルが頻繁に変わる場合、スキーマレスなドキュメントDBは有利です。フィールドを追加してすぐ運用に乗せられるため、短期的な開発速度が向上します。
例:CMS、商品カタログ、ユーザープロファイル、アクティビティフィードやイベントログ。
追加書き込みが大量に発生する時系列やメトリクス、ログにはNoSQLが強みを発揮します。キー・バリューや時系列DBは非常に高速な書き込みと単純な読み取りに最適です。
多くのNoSQLプラットフォームはジオレプリケーションやマルチリージョン書き込みを提供し、世界中のユーザーに低レイテンシで読み書きを提供できます。地域障害が発生してもサービスを維持するニーズがある場合に有利ですが、リージョン間での厳密なACID保証は放棄されがちです。
NoSQLを選ぶ際は次の機能を諦めることが多いです:
これらが許容できるなら、NoSQLはスケール性・柔軟性・グローバル展開で優位を発揮します。
ポリグロット・パーシステンスとは、1つのシステムで複数のデータベース技術を用途に応じて使い分けることです。すべてを1つのストアに無理やり押し込むより、用途ごとに最適なツールを選ぶアプローチです。
よくあるパターン:
これにより「システムオブレコード」はリレーショナルに置き、揮発性や読み取り集中のワークロードをNoSQLへオフロードできます。
NoSQL同士の組み合わせも一般的です:
各ストアを単純なルックアップ、集約、検索、時系列読み取りなど特定のアクセスパターンに合わせます。
ハイブリッド構成では統合のポイントが必要です:
代償は運用負荷の増加:学習・監視・セキュリティ・バックアップが増えます。ポリグロットを採る場合は、それぞれが実際に測定可能な問題を解決する場合に限定するのが良いです。
選択は流行に従うのではなく、データとアクセスパターンを最適なツールに合わせることです。
問い:\n- データは表形式で、明確なエンティティ(ユーザー、注文、請求)があるか?\n- 多数の結合や複雑な関係があるか?
「はい」ならリレーショナルがデフォルトです。データがドキュメント風で、レコードごとに形が異なるならドキュメントDBなどNoSQLが適することがあります。
厳格な整合性や複雑なトランザクションはSQLを、緩い整合性でスケールを優先するならNoSQLを検討します。
多くのプロジェクトはインデックスと適切なハードでSQLでも十分拡張できます。非常に大規模で単純なアクセスパターン(キー・ルックアップ、時系列、ログ)なら特定のNoSQLの方がコスト効率が良いことがあります。
SQLは複雑なクエリやBIに強いです。NoSQLは事前定義されたアクセス経路に最適化されるため、新しいクエリタイプが必要になると対応が難しくなることがあります。
チームが確実に運用できる技術を優先するのが現場では重要です。
管理が簡単な単一のマネージドSQLは、多くの場合、明確にスケールアウトが必要になるまで安価でシンプルな選択です。
意思決定の前に:
推測ではなく計測に基づいて選びます。多くのプロジェクトは最初にSQLで始め、特定の高スケール部分だけNoSQLを導入します。
NoSQLはリレーショナルDBを駆逐するために出てきたわけではなく、補完するために存在します。システムオブレコード(金融、人事、ERP、在庫など)ではリレーショナルが今も主流で、NoSQLはスケールや柔軟性が必要な領域で光ります。
リレーショナルは従来はスケールアップ指向でしたが、現代のエンジンはリードレプリカ、パーティショニング、分散SQLなど水平スケールの手段を持っています。設計やツールは少し複雑ですが、水平スケールは可能です。
「スキーマレス」は「アプリケーションでスキーマを管理することが多い」という意味です。ドキュメントやワイドカラムにも構造はあり、バリデータやスキーマ機能を持つ製品もあります。ガバナンスやデータ契約を怠ると不整合が生じやすくなります。
パフォーマンスはモデル化、インデックス、アクセスパターンに依存します。適切にチューニングされたSQLテーブルは多くのケースで高速ですし、クエリパターンに合わせたNoSQLモデルも非常に高速です。
多くのNoSQL製品も耐久性、暗号化、監査、アクセス制御をサポートしています。逆に設定不備のSQLは脆弱です。安全性と信頼性は製品・導入・設定・運用成熟度に依存します。
スケーリングや柔軟性のためにSQL⇄NoSQLを移行するケースは多く、一般的には次のアプローチを取ります。
ワンショットの大規模移行はリスクが高いので、次のような方法が安全です:
SQLからNoSQLへ移る際、テーブルをそのままドキュメントに写すと問題になります:
移行時はまずアクセスパターンを定義し、その上でNoSQLスキーマを設計してください。
よくあるパターンはSQLを正本(authority)に、NoSQLを読み取り最適化用に使うことです(課金・アカウントはSQL、フィードや検索はNoSQLなど)。共存させる場合は以下に投資してください:
これにより移行は管理されたものになり、単方向の後戻りできない作業になりません。
SQLとNoSQLの主な相違は主に次の4点です:
どちらが優れているかはケースバイケースです。重要なのはあなたの実際の要件に合わせることです。
要求を書き出す:\n - データ構造と関係性\n - クエリパターンとレポート要件\n - 一貫性と可用性の期待値\n - ピークトラフィック、データ量、レイテンシ目標\n - チームの運用スキルと使用可能なツール
賢くデフォルトを決める:\n - トランザクションや分析、構造化データはSQLを優先。\n - 書き込みが非常に多い、規模が大きい、または半構造化データならNoSQLを検討。
小さく始めて測定する:\n - 垂直に薄いPOCを作る。\n - メトリクスを収集:レイテンシ、スループット、エラー率、運用負荷。\n - 実運用に基づいてスキーマやパーティショニングを改善。
ハイブリッドに柔軟であること:\n - システムの異なる部分で異なるデータストアを使う。\n - 決定、トレードオフ、運用パターンをドキュメント化する(例:/docs/architecture/datastores や /blog)。
より深く掘り下げる場合は、社内の基準や移行チェックリスト、エンジニアリングハンドブックにこの概観を拡張してください。
SQL(リレーショナル)データベース:
NoSQL(非リレーショナル)データベース:
次のような場合はSQLデータベースを使います:
多くの新しいビジネス向けのシステムオブレコードでは、SQLが合理的なデフォルトです。
NoSQLが適しているのは:
SQLデータベース:
NoSQLデータベース:
つまり、スキーマ管理はSQLではデータベース側に、NoSQLではアプリケーション側に移ることが多い、という違いがあります。
SQLデータベース:
多くのNoSQLシステム:
重要な点は、最新版の読み取りが致命的にまずい場合はSQLを、短期的な古い値が許容できる代わりにスケールや稼働時間を重視するならNoSQLを選ぶことです。
SQLデータベースは一般に:
NoSQLデータベースは一般に:
トレードオフとして、NoSQLクラスタは運用が複雑になりがちで、SQLは単一ノードの限界に早く到達することがあります。
はい。ポリグロット・パーシステンスは一般的です:
統合パターンには:
重要なのは、追加する各データストアが明確な課題を解決するときだけ採用することです。
安全に移行するための手順例:
ワンショットの大規模移行はリスクが高いため、インクリメンタルな手順を推奨します。
評価すべき点:
重要なのは、重要なフローで両方をプロトタイプして遅延、スループット、運用コストを測ることです。
よくある誤解:
カテゴリー単位の神話ではなく、具体的な製品とアーキテクチャで評価してください。