NoSQL trong ASP.NET: Làm việc với MongoDB và LiteDB – Chặng đường trong Lộ trình .NET

Chào mừng các bạn quay trở lại với chuỗi bài viết Lộ trình .NET! Sau khi đã khám phá sâu về thế giới dữ liệu quan hệ, làm quen với SQL, các khái niệm CSDL (như chúng ta đã thảo luận trong các bài SQL và Cơ sở dữ liệu quan hệ: Nền tảng quan trọng hay Stored Procedures, Constraints & Triggers), và cả các ORM mạnh mẽ như Entity Framework Core (Bắt Đầu Với Entity Framework Core, Làm Chủ EF Core Migrations, v.v.), đã đến lúc chúng ta mở rộng tầm nhìn sang một lĩnh vực khác: NoSQL.

Trong kỷ nguyên của dữ liệu lớn, ứng dụng web phân tán và nhu cầu linh hoạt cao, cơ sở dữ liệu NoSQL đã trở thành một lựa chọn phổ biến, song hành hoặc thay thế cho CSDL quan hệ truyền thống. Bài viết này sẽ giới thiệu về NoSQL trong bối cảnh phát triển ASP.NET, đặc biệt tập trung vào hai đại diện nổi bật: MongoDB – một CSDL NoSQL phổ biến cho các ứng dụng quy mô lớn, và LiteDB – một CSDL NoSQL nhúng, lý tưởng cho các nhu cầu đơn giản hơn.

NoSQL là gì và Tại sao cần quan tâm?

NoSQL, viết tắt của “Not Only SQL”, là một nhóm các loại cơ sở dữ liệu cung cấp các cơ chế lưu trữ và truy xuất dữ liệu khác với mô hình quan hệ (bảng, hàng, cột). Thay vì sử dụng cấu trúc schema cố định và ngôn ngữ SQL cho mọi thứ, NoSQL thường linh hoạt hơn, cho phép lưu trữ dữ liệu bán cấu trúc hoặc phi cấu trúc.

Lý do NoSQL ngày càng phổ biến trong phát triển ứng dụng hiện đại, bao gồm cả ASP.NET:

• Tính linh hoạt (Flexibility): Schema động (schemaless) hoặc linh hoạt cho phép thay đổi cấu trúc dữ liệu dễ dàng mà không cần migrate CSDL phức tạp.
• Khả năng mở rộng theo chiều ngang (Horizontal Scalability): Nhiều CSDL NoSQL được thiết kế để phân tán dữ liệu trên nhiều máy chủ (sharding), giúp mở rộng quy mô ứng dụng để xử lý lượng truy cập và dữ liệu lớn một cách hiệu quả hơn so với việc chỉ mở rộng một máy chủ CSDL quan hệ duy nhất.
• Hiệu năng cao (Performance): Đối với một số loại tải công việc (workloads) cụ thể, NoSQL có thể cung cấp hiệu năng vượt trội nhờ vào cách lưu trữ và truy xuất dữ liệu được tối ưu hóa cho các mô hình truy cập nhất định (ví dụ: đọc dữ liệu theo Document, lưu trữ dữ liệu liên quan cùng nhau).
• Phù hợp với dữ liệu phi cấu trúc/bán cấu trúc: Rất phù hợp với các loại dữ liệu như log, thông tin người dùng với các trường tùy biến, dữ liệu IoT, dữ liệu thời gian thực, v.v.

Mặc dù NoSQL mang lại nhiều lợi ích, điều quan trọng là phải hiểu rằng nó không phải là giải pháp thay thế hoàn toàn cho CSDL quan hệ. CSDL quan hệ vẫn là lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng cần tính toàn vẹn dữ liệu cao (ACID compliance), các quan hệ phức tạp giữa các thực thể, và các truy vấn ad-hoc phức tạp.

MongoDB: Cơ sở dữ liệu Document phổ biến

MongoDB là một trong những cơ sở dữ liệu NoSQL dạng document (tài liệu) phổ biến nhất. Dữ liệu trong MongoDB được lưu trữ dưới dạng các tài liệu BSON (Binary JSON) trong các collection (tập hợp). Một collection có thể chứa các tài liệu với cấu trúc khác nhau, mang lại sự linh hoạt đáng kể.

Làm việc với MongoDB trong ASP.NET

Để tương tác với MongoDB từ ứng dụng .NET/ASP.NET, chúng ta sử dụng MongoDB .NET Driver chính thức từ MongoDB.

Cài đặt Driver

Bạn có thể cài đặt driver bằng NuGet Package Manager Console:

Install-Package MongoDB.Driver

Hoặc qua .NET CLI:

dotnet add package MongoDB.Driver

Kết nối và cấu hình

Kết nối đến MongoDB thường được thực hiện thông qua chuỗi kết nối. Trong ứng dụng ASP.NET Core, bạn nên lưu chuỗi kết nối trong file cấu hình (ví dụ: appsettings.json) và sử dụng Dependency Injection để quản lý vòng đời của MongoClient.

{
  "Logging": {
    "LogLevel": {
      "Default": "Information",
      "Microsoft.AspNetCore": "Warning"
    }
  },
  "AllowedHosts": "*",
  "MongoDbSettings": {
    "ConnectionString": "mongodb://localhost:27017",
    "DatabaseName": "MyWebAppDb"
  }
}

Tạo lớp Settings:

public class MongoDbSettings
{
    public string ConnectionString { get; set; }
    public string DatabaseName { get; set; }
}

Đăng ký trong Program.cs hoặc Startup.cs (đối với các phiên bản .NET Core cũ hơn):

builder.Services.Configure<MongoDbSettings>(
    builder.Configuration.GetSection("MongoDbSettings"));

builder.Services.AddSingleton<IMongoClient>(sp =>
{
    var settings = sp.GetRequiredService<Microsoft.Extensions.Options.IOptions<MongoDbSettings>>().Value;
    return new MongoClient(settings.ConnectionString);
});

builder.Services.AddSingleton<IMongoDatabase>(sp =>
{
    var settings = sp.GetRequiredService<Microsoft.Extensions.Options.IOptions<MongoDbSettings>>().Value;
    var client = sp.GetRequiredService<IMongoClient>();
    return client.GetDatabase(settings.DatabaseName);
});

// Đăng ký các Service/Repository sử dụng MongoDB
// builder.Services.AddScoped<IProductRepository, ProductRepository>();

Ở đây, chúng ta sử dụng Dependency Injection để quản lý MongoClient và IMongoDatabase với lifetime là Singleton, bởi vì kết nối đến CSDL thường là tài nguyên tốn kém và nên được tái sử dụng.

Định nghĩa Model (POCOs)

MongoDB driver có thể map tự động giữa tài liệu BSON và các lớp C# (Plain Old CLR Objects – POCOs). Bạn cần thêm thuộc tính [BsonId] và [BsonRepresentation(BsonType.ObjectId)] cho thuộc tính ID để driver xử lý đúng kiểu ObjectId của MongoDB.

using MongoDB.Bson;
using MongoDB.Bson.Serialization.Attributes;

public class Product
{
    [BsonId]
    [BsonRepresentation(BsonType.ObjectId)]
    public string Id { get; set; } // MongoDB ObjectId represented as string in C#

    public string Name { get; set; }
    public decimal Price { get; set; }
    public int Stock { get; set; }
    public List<string> Tags { get; set; } = new List<string>();
}

Các thao tác CRUD cơ bản

Sử dụng IMongoCollection<TDocument> để thực hiện các thao tác:

using MongoDB.Driver;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;

public class ProductRepository // Có thể cấu trúc theo Repository Pattern
{
    private readonly IMongoCollection<Product> _productsCollection;

    public ProductRepository(IMongoDatabase database)
    {
        _productsCollection = database.GetCollection<Product>("products"); // Tên collection
    }

    public async Task<List<Product>> GetAsync() =>
        await _productsCollection.Find(_ => true).ToListAsync(); // Tìm tất cả

    public async Task<Product?> GetAsync(string id) =>
        await _productsCollection.Find(x => x.Id == id).FirstOrDefaultAsync(); // Tìm theo ID

    public async Task CreateAsync(Product newProduct) =>
        await _productsCollection.InsertOneAsync(newProduct); // Thêm mới

    public async Task UpdateAsync(string id, Product updatedProduct) =>
        await _productsCollection.ReplaceOneAsync(x => x.Id == id, updatedProduct); // Cập nhật

    public async Task RemoveAsync(string id) =>
        await _productsCollection.DeleteOneAsync(x => x.Id == id); // Xóa
}

Bạn có thể sử dụng các Builder như Builders<TDocument>.Filter, Builders<TDocument>.Update, Builders<TDocument>.Projection để xây dựng các truy vấn phức tạp hơn.

// Ví dụ truy vấn phức tạp hơn: Tìm sản phẩm có giá dưới 100 và tồn kho > 0
var filter = Builders<Product>.Filter.And(
    Builders<Product>.Filter.Lt(p => p.Price, 100),
    Builders<Product>.Filter.Gt(p => p.Stock, 0)
);
var cheapAvailableProducts = await _productsCollection.Find(filter).ToListAsync();

// Ví dụ cập nhật chỉ một số trường
var update = Builders<Product>.Update
    .Set(p => p.Price, 95.00m)
    .Inc(p => p.Stock, 10); // Tăng tồn kho thêm 10
await _productsCollection.UpdateOneAsync(x => x.Id == "some-product-id", update);

MongoDB cung cấp nhiều tính năng mạnh mẽ khác như Indexing, Aggregation Pipeline, Transactions (multi-document transactions từ phiên bản 4.0), và khả năng phân tích dữ liệu thời gian thực.

LiteDB: Cơ sở dữ liệu Document nhúng

LiteDB là một thư viện .NET cung cấp một cơ sở dữ liệu NoSQL dạng document serverless, được nhúng trực tiếp vào ứng dụng của bạn. Dữ liệu được lưu trữ trong một file duy nhất.

LiteDB là lựa chọn tuyệt vời cho:

• Các ứng dụng desktop.
• Ứng dụng web nhỏ, đơn giản, hoặc các microservice không yêu cầu CSDL tập trung.
• Caching dữ liệu cục bộ.
• Lưu trữ cấu hình hoặc log.
• Prototyping nhanh chóng.

Làm việc với LiteDB trong ASP.NET

LiteDB rất dễ sử dụng và không yêu cầu cài đặt máy chủ CSDL riêng biệt.

Cài đặt Driver

Cài đặt package LiteDB từ NuGet:

Install-Package LiteDB

Hoặc qua .NET CLI:

dotnet add package LiteDB

Kết nối và cấu hình

Trong ASP.NET, bạn có thể tạo một instance LiteDatabase và quản lý nó thông qua Dependency Injection.

// Trong Program.cs hoặc Startup.cs
builder.Services.AddSingleton<LiteDatabase>(sp =>
{
    // Đường dẫn đến file CSDL LiteDB
    var dbPath = builder.Configuration.GetValue<string>("LiteDbPath") ?? "data.db";
    return new LiteDatabase(dbPath);
});

// Đăng ký các Service/Repository sử dụng LiteDB
// builder.Services.AddScoped<IAnotherDataRepository, AnotherDataRepository>();

Đường dẫn dbPath có thể được lấy từ cấu hình appsettings.json.

{
  "Logging": {
    "LogLevel": {
      "Default": "Information",
      "Microsoft.AspNetCore": "Warning"
    }
  },
  "AllowedHosts": "*",
  "LiteDbPath": "App_Data/myappdata.db" // Lưu trong thư mục App_Data
}

Lưu ý: Khi sử dụng trong ứng dụng web, cần đảm bảo tiến trình webserver có quyền ghi vào thư mục và file CSDL.

Định nghĩa Model (POCOs)

LiteDB cũng hoạt động tốt với các POCO. Nó sử dụng các thuộc tính để tùy chỉnh ánh xạ.

using LiteDB; // Sử dụng namespace của LiteDB

public class AnotherDataItem
{
    [BsonId] // Chỉ định khóa chính
    public int Id { get; set; } // LiteDB thường dùng int cho Id tự tăng

    public string Description { get; set; }
    public DateTime Timestamp { get; set; }
    public bool IsProcessed { get; set; }
}

Các thao tác CRUD cơ bản

Sử dụng ILiteCollection<TDocument> để thực hiện các thao tác:

using LiteDB;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq; // Cần cho các truy vấn LINQ

public class AnotherDataRepository
{
    private readonly LiteDatabase _db;
    private readonly ILiteCollection<AnotherDataItem> _itemsCollection;

    public AnotherDataRepository(LiteDatabase db)
    {
        _db = db;
        _itemsCollection = _db.GetCollection<AnotherDataItem>("items"); // Tên collection
        _itemsCollection.EnsureIndex(x => x.Timestamp); // Tạo index cho trường Timestamp
    }

    public List<AnotherDataItem> GetAll() =>
        _itemsCollection.FindAll().ToList(); // Tìm tất cả

    public AnotherDataItem? GetById(int id) =>
        _itemsCollection.FindById(id); // Tìm theo ID

    public int Create(AnotherDataItem newItem) =>
        _itemsCollection.Insert(newItem).AsInt32; // Thêm mới, trả về ID

    public bool Update(AnotherDataItem updatedItem) =>
        _itemsCollection.Update(updatedItem); // Cập nhật

    public bool Delete(int id) =>
        _itemsCollection.Delete(id); // Xóa theo ID

    // Các truy vấn LINQ
    public List<AnotherDataItem> GetUnprocessedItems() =>
        _itemsCollection.Query() // Sử dụng Query() để bắt đầu truy vấn
            .Where(x => !x.IsProcessed)
            .OrderBy(x => x.Timestamp)
            .ToList();
}

LiteDB hỗ trợ một subset của LINQ để truy vấn dữ liệu, điều này khá tiện lợi nếu bạn đã quen với LINQ trong Entity Framework Core.

So sánh MongoDB và LiteDB trong bối cảnh .NET/ASP.NET

Để giúp bạn dễ hình dung hơn, dưới đây là bảng so sánh giữa hai CSDL NoSQL này:

Tích hợp NoSQL vào kiến trúc ASP.NET

Khi tích hợp CSDL NoSQL vào ứng dụng ASP.NET Core, bạn vẫn nên tuân thủ các nguyên tắc thiết kế tốt. Repository Pattern là một lựa chọn phổ biến, giúp trừu tượng hóa logic truy cập dữ liệu khỏi business logic. Bằng cách sử dụng interfaces và Dependency Injection, bạn có thể dễ dàng thay đổi hoặc mock implementation của repository (cho unit testing) mà không ảnh hưởng đến các phần khác của ứng dụng.

Việc sử dụng Dependency Injection và cấu hình mạnh mẽ của ASP.NET Core giúp quản lý các kết nối CSDL (dù là SQL hay NoSQL) một cách sạch sẽ và hiệu quả.

Lưu ý khi làm việc với NoSQL trong .NET

Làm quen với NoSQL yêu cầu một sự thay đổi tư duy so với CSDL quan hệ:

• Thiết kế Schema: Mặc dù NoSQL thường là schemaless hoặc schema-flexible, việc thiết kế cấu trúc document/collection vẫn rất quan trọng để tối ưu hiệu năng và khả năng truy vấn. Hãy suy nghĩ về cách dữ liệu sẽ được đọc thay vì chỉ cách nó được lưu trữ. Denormalization (lưu trữ dữ liệu trùng lặp hoặc lồng nhau) là một kỹ thuật phổ biến trong NoSQL để giảm số lượng join (hoặc các thao tác tương đương) khi đọc dữ liệu.
• Truy vấn: Mỗi loại CSDL NoSQL có ngôn ngữ truy vấn riêng. MongoDB sử dụng cú pháp dựa trên JSON, trong khi LiteDB hỗ trợ LINQ. Hãy làm quen với cách truy vấn dữ liệu hiệu quả trên CSDL bạn chọn.
• Tính nhất quán (Consistency): Nhiều CSDL NoSQL ưu tiên tính khả dụng (Availability) và khả năng phân vùng (Partition Tolerance) hơn tính nhất quán mạnh mẽ (Consistency – mô hình CAP theorem). Hiểu rõ mô hình consistency của CSDL bạn sử dụng là rất quan trọng để tránh các vấn đề về dữ liệu không nhất quán trong ứng dụng phân tán.
• Backup và Recovery: Cần có chiến lược backup và recovery phù hợp cho CSDL NoSQL của bạn, tương tự như CSDL quan hệ.

Kết luận

Việc nắm vững cả CSDL quan hệ và NoSQL sẽ giúp bạn trở thành một lập trình viên .NET linh hoạt hơn, có thể chọn công cụ phù hợp nhất cho từng bài toán cụ thể. MongoDB là một lựa chọn mạnh mẽ cho các ứng dụng quy mô lớn, đòi hỏi hiệu năng cao và khả năng mở rộng linh hoạt với dữ liệu dạng document. LiteDB lại là một giải pháp tuyệt vời cho các nhu cầu đơn giản hơn, cần một CSDL nhúng, dễ triển khai và quản lý.

Khám phá NoSQL là một bước tiến thú vị trong lộ trình phát triển ASP.NET Core của bạn. Đừng ngại thử nghiệm và tìm hiểu sâu hơn về cách các loại CSDL này có thể giúp bạn xây dựng các ứng dụng hiện đại, hiệu quả và linh hoạt.

Trong các bài viết tiếp theo, chúng ta sẽ tiếp tục khám phá các khía cạnh khác của hệ sinh thái .NET và ASP.NET. Hãy đón đọc nhé!

Hẹn gặp lại các bạn!