【図解】NoSQL・グラフ・ベクトル…RDB以外のデータベース7種を一気に整理する

Posted at 2026-07-30

はじめに

「NoSQL」と一括りにされがちですが、その中身はKey-Value、ドキュメント、ワイドカラム、グラフ、ベクトル、時系列、検索エンジンと、性格の全く違うデータベースの寄せ集めです。

この記事は、それぞれのデータベースを「データの形」「得意な検索パターン」「クエリの書き方」の3点セットで一気に整理するチートシートです。実務でDBを選ぶときの「1枚目のマップ」として使えることを目指しました。

なお、この記事は「RDB以外」を扱いますが、多くのシステムでは今もRDBが本命です。「RDBが黙って守ってくれているものは何か」を掘り下げた記事も別途書いています。合わせてどうぞ。

もしもこの世界にRDBがなかったら (5つの根本価値)

0. 全体マップ

早見表

種類	代表エンジン	データの形	得意	苦手
RDB	PostgreSQL / MySQL / Oracle / SQLite	行と列のテーブル	整合性・複雑なJOIN・トランザクション	半構造データ・水平スケール
Key-Value型	Redis / DynamoDB / Memcached / etcd	key → value	超高速な単純検索・キャッシュ	値の中身での検索
ドキュメント型	MongoDB / Firestore / Couchbase	JSON文書	柔軟なスキーマ・階層構造	複雑なJOIN・強い整合性
ワイドカラム型	Cassandra / HBase / ScyllaDB / Bigtable	行キー＋可変列	大量書き込み・線形スケール	後付けの複雑な検索
グラフ型	Neo4j / Neptune / ArangoDB	ノードとエッジ	多段階の関係探索	大量の一括集計
ベクトル型	Pinecone / Qdrant / Weaviate / pgvector	埋め込みベクトル	意味的な類似検索	完全一致・厳密な条件検索
時系列型	InfluxDB / TimescaleDB / Prometheus	timestamp＋値	連続データの蓄積と集約	更新・削除の多い用途
検索エンジン型	Elasticsearch / OpenSearch / Meilisearch	転置インデックス	全文検索・あいまい検索	トランザクション処理

1. Key-Value型（キーバリューストア）

データ構造イメージ

   ┌──────────────────┬───────────────────────────┐
   │       KEY        │           VALUE           │
   ├──────────────────┼───────────────────────────┤
   │ user:1001:name   │ "Taro Yamada"             │
   │ session:ab12cd   │ {token:..., exp:...}      │  ← 中身はDB側は関知しない
   │ page:home:views  │ 48213                     │
   │ cart:u1001       │ ["item:22","item:87"]     │
   └──────────────────┴───────────────────────────┘

   検索は「キー指定のみ」→ ハッシュ表と同じ O(1) 相当の速さ

アクセスの流れ（キャッシュとしての典型構成）

特徴

キーと値のペアだけで管理する、最もシンプルな構造
多くはインメモリ動作で、ミリ秒未満の応答が可能
値の中身では検索できない（＝「名前がTaroの人」は探せない）

相性の良い用途

セッション情報、認証トークン
DBの手前に置くキャッシュ
ランキング・カウンター（いいね数、PV数）
ショッピングカートのような一時的な状態

クエリ方法：コマンド（API）ベース

# Redis
SET user:1001:name "Taro Yamada"   # キー user:1001:name に文字列を保存
GET user:1001:name                 # キーを指定して値を取得
INCR page:home:views               # このキーの数値を +1（アトミック演算）
EXPIRE session:ab12cd 3600         # 3600秒後に自動削除（TTL指定）

# --- Sorted Set：スコア付きでメンバーを保存し、スコア順に自動で並ぶ特殊な型 ---
ZADD ranking 1500 "player:A"       # スコア1500で player:A を登録
ZADD ranking 2100 "player:B"       # スコアの高い順に内部で自動整列
ZREVRANGE ranking 0 9              # 上位10件を取得

2. ドキュメント型データベース

RDBとの構造比較

ドキュメントごとにフィールドが違ってよい

コレクション "products"
 ┌─────────────────────────────┐  ┌─────────────────────────────┐
 │ _id: "p001"                 │  │ _id: "p002"                 │
 │ name: "小説A"                │  │ name: "ノートPC"             │
 │ author: "山田"               │  │ cpu: "Core i7"              │  ← 項目が
 │ pages: 320                  │  │ memory_gb: 16               │     全然違う
 │                             │  │ ports: ["USB-C","HDMI"]     │
 └─────────────────────────────┘  └─────────────────────────────┘
        同じコレクションに同居できる（スキーマレス）

特徴

JSON（BSON）に近い「ドキュメント」単位で保存
スキーマが緩やかで、フィールドの追加・省略が自由
ネスト構造をそのまま1レコードとして扱えるためJOINが減る
シャーディングによる水平分散が前提の製品が多い

相性の良い用途

商品カタログ（商品ごとに項目数が違う）
CMS、ブログ記事、ユーザープロフィール
Web/モバイルアプリのバックエンド（フロントのJSONとほぼ1対1）
スキーマが頻繁に変わる初期フェーズのプロダクト

クエリ方法：JSONライクなクエリ言語

// 検索：SQLの WHERE に相当
db.products.find({ category: "book", price: { $lt: 2000 } })

// 更新
db.products.updateOne({ _id: "p001" }, { $set: { stock: 15 } })

// 集計パイプライン：SQLの GROUP BY に相当
db.orders.aggregate([
  { $match: { status: "completed" } },
  { $group: { _id: "$customerId", total: { $sum: "$amount" } } },
  { $sort:  { total: -1 } }
])

3. ワイドカラム型（列指向分散DB）

データ構造イメージ

   RowKey       │ 列は「行ごとに」違ってよい（数千〜数百万列も可）
   ─────────────┼──────────────────────────────────────────────
   user:001     │ name:太郎 │ age:28 │
   user:002     │ name:花子 │ email:x@y.z │ tel:090-xxxx │ city:千葉
   sensor:t01   │ 2026-07-01T00:00:Z=21.3 │ 00:01:Z=21.5 │ 00:02:Z=21.4 ...
                          ↑ タイムスタンプそのものが列名になる設計もよく使う

Key-Value型・ドキュメント型との違い

一言で言うと、「Key-Valueに、DBが理解できる列構造をつけて、超巨大にスケールできるようにしたもの」 がワイドカラム型です。

観点	Key-Value型	ドキュメント型	ワイドカラム型
キーで引ける単位	1つの値（ブロブ）	1つのJSON文書	1つの行（＝複数の名前付き列の集合）
DBは値の中身を理解しているか	しない（不透明なバイト列）	JSON構造を理解	列の名前と型を理解
「1レコード内の一部だけ」を読める	不可（値まるごと取得）	部分投影は可能	特定の列だけ読める（列指向の恩恵）
スキーマ	なし	緩い（文書ごとに違ってOK）	緩い（行ごとに違う列を持ってOK、ただし列は事前定義）
ネスト構造	値の中に任意に埋められる（DBは解釈しない）	得意（深い階層OK）	苦手（基本フラットな行×列）
主な使いどころ	キャッシュ・セッション	Web/モバイルのメイン格納	超大量書き込み・時系列・イベントログ
データ量の想定	数GB〜数TB	〜数TB	数十TB〜PB級（数百ノードで水平分散）
クエリの自由度	キー完全一致のみ	値の中身で柔軟に検索できる	事前に決めたパターンでしか引けない（クエリファースト設計）

イメージで捉えるなら:

Key-Valueは「巨大なハッシュ表」→ とにかく速いが、値の中身は問わない
ドキュメントは「JSONの倉庫」→ 値の中身で柔軟に検索できる
ワイドカラムは「果てしなく横に広い、超巨大なExcel」→ 行ごとに列は違ってよく、書き込み量とデータサイズが桁違い（PB級）

分散のイメージ

ワイドカラム型の最大の武器は「ノードを追加するだけで性能が線形に伸びる」水平スケーラビリティです。

図の読み方:

RowKey（例: user:001）＝ 1行を一意に識別するキー。RDBの主キーに相当
ハッシュ関数 ＝ RowKeyを 0.00〜1.00 の数値に変換する関数（同じキーは必ず同じ数値になる）
各ノードは「担当するハッシュ範囲」を持ち、その範囲に落ちる行だけを保存
ノードを追加すると担当範囲が細分化され、既存データの一部だけが移動する → 無停止で線形にスケール

特徴

「行キー＋列ファミリー」構造で、行ごとに異なる列を持てる
大量の書き込みと、ノード追加による線形スケールアウトに強い
一般に強整合性より可用性を優先（結果整合性）
クエリファースト設計: 「どう読み出すか」を先に決めてテーブルを作る（後から自由な条件検索はできない）

相性の良い用途

IoTセンサーデータ、大量のログデータ
メッセージングアプリの履歴
レコメンド用の行動ログ
巨大なイベントストリーム

クエリ方法: CQL（SQL風だがJOINなし）

CREATE TABLE sensor_data (
  sensor_id  text,
  event_time timestamp,
  value      double,
  PRIMARY KEY (sensor_id, event_time)   -- ← 検索パターンをここで固定する
);

SELECT * FROM sensor_data
WHERE sensor_id = 'temp-01'
  AND event_time > '2026-07-01';

WHERE value > 30 のようなパーティションキー外の条件は原則NG。必要なら別テーブルを作る。

4. グラフデータベース

データ構造イメージ

上図で「田中さんにおすすめの商品」を考えると、田中 → 佐藤（友人）→ 商品B という2ホップの経路が一瞬でたどれます。

RDBとの決定的な違い

■ RDB で「友達の友達の友達」を探す
   users ⋈ friends ⋈ friends ⋈ friends  ← JOINが3段
   段数が増えるほど、探索対象が指数的に膨らんで急激に遅くなる

   1段: ▓▓                      速い
   2段: ▓▓▓▓▓▓▓▓                やや遅い
   3段: ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓  かなり遅い

■ グラフDB（インデックスフリー隣接）
   各ノードが「隣のノードへのポインタ」を直接持つ
   → 1ホップ進むコストがほぼ一定

   1段: ▓▓
   2段: ▓▓▓
   3段: ▓▓▓▓                    段数が増えてもほぼ線形

補足: インデックスフリー隣接（Index-Free Adjacency）

グラフDBが「関係の探索」で速い理由の核心です。

RDBで「田中さんの友達」を探す場合:

1. usersテーブルから「田中」の id を探す         ← インデックスを引く（O(log n)）
2. friendsテーブルで user_id = 田中のid の行を探す ← インデックスを引く（O(log n)）
3. さらに usersテーブルで friend_id を引き直す     ← インデックスを引く（O(log n)）

1ホップ進むたびに 「インデックスを引く」コスト（対数時間 O(log n)） がかかります。データが増えるほどインデックス自体も肥大化して遅くなります。

グラフDBの場合:

   [田中さんノード]
       │  ← このノード自身に「隣接ノードへの物理ポインタ（リスト）」が
       ▼     直接くっついている（＝インデックスを介さない）
   ┌─ 友達ポインタ ──> [佐藤さんノード]
   ├─ 友達ポインタ ──> [吉田さんノード]
   └─ 購入ポインタ ──> [商品Aノード]

各ノードのレコード内に「隣のノードがディスク上のどこにあるか」を示すポインタが直に埋め込まれているため、次のノードへ進むコストは常に一定（O(1)）。何段辿ってもインデックス検索は発生しません。

これが「インデックスを引かずに（＝フリーに）隣（Adjacency）へ行ける」= インデックスフリー隣接。グラフDBが多段の関係探索でRDBに圧勝する根本原因は、この物理レイアウトの違いにあります。

なお、RDBのインデックスがなぜ「引くたびに O(log n)」になるのかは、B-treeの内部構造を可視化した別記事で扱っています。

RDBインデックスの動く図解 (B-tree / ハッシュ / 複合 / カバリング)

相性の良い用途

SNSの友人・フォロー関係
レコメンドエンジン（多段階の「買った人はこれも」）
不正検知（送金ネットワークの怪しいつながり）
組織図、サプライチェーン、知識グラフ

クエリ方法: Cypher（図をそのまま書くような構文）

// 「田中さんの友達の友達」
MATCH (me:Person {name: "田中"})-[:FRIEND]->(:Person)-[:FRIEND]->(fof:Person)
WHERE fof <> me
RETURN DISTINCT fof.name

構文の読み方:
   (me:Person)  -[:FRIEND]->  (fof:Person)
     ↑ノード        ↑エッジ        ↑ノード
   ()が丸いノード、-[]->が矢印つきエッジ。図の見た目とほぼ同じ。

// レコメンド: 友人が買っていて自分が買っていない商品
MATCH (me:Person {name:"田中"})-[:FRIEND]->(f)-[:PURCHASED]->(p:Product)
WHERE NOT (me)-[:PURCHASED]->(p)
RETURN p.name, count(*) AS score ORDER BY score DESC

他に Gremlin、SPARQL（RDF向け）といったクエリ言語もあります。

5. ベクトルデータベース

データ構造イメージ

テキスト・画像 ──[埋め込みモデル]──> ベクトル（数百〜数千次元の数値配列）

  "犬がボールで遊んでいる"  →  [0.21, -0.88, 0.05, ... , 0.42]   (1536次元)
  "子犬がおもちゃで遊ぶ"    →  [0.19, -0.85, 0.07, ... , 0.40]   ← 数値が近い！
  "四半期の決算報告"        →  [-0.72, 0.31, 0.90, ... ,-0.11]   ← 全然違う

検索の考え方（ベクトル空間を2次元に投影したイメージ）

     ▲
     │        ● 子犬          意味が近いものは
     │     ● 犬               空間上でも近くに集まる
     │   ★ ←── クエリ「わんこ」
     │      ● 柴犬
     │
     │                              ● 決算
     │                          ● 売上高
     │                            ● 損益計算書
     └──────────────────────────────────────▶

     ★から距離が近い順に top_k 件を返す ＝ 類似検索
     距離の測り方: コサイン類似度 / 内積 / ユークリッド距離

RAG（LLMの知識検索）での使われ方

特徴

テキスト・画像・音声を埋め込みベクトルに変換して保存
完全一致ではなく「意味的に近いもの」を探す近似最近傍探索（ANN）
HNSW / IVF などのインデックスにより、数百万〜数十億件からミリ秒〜数十msで検索
メタデータフィルタ（例: カテゴリ＝家電のものだけ）と組み合わせ可能

相性の良い用途

LLMのRAG基盤（社内文書検索、FAQ、マニュアル検索）
画像・音声の類似検索
レコメンド（ユーザー・商品の埋め込み類似度）
セマンティック検索（キーワードが一致しなくても意味で探す）
異常検知（正常データの分布から離れたベクトルを検出）

クエリ方法

# Pinecone（専用API型）
results = index.query(
    vector=query_embedding,        # 質問を埋め込んだベクトル
    top_k=5,
    filter={"category": "manual"}, # メタデータで絞り込み
    include_metadata=True
)

-- pgvector（PostgreSQL拡張型）: SQLの中でベクトル検索できる
--
-- ▼ <=> について
-- <=> は pgvector が追加した「2つのベクトル間のコサイン距離」を計算する演算子。
--   ・返り値:  0 〜 2 の数値
--       0     → 完全に一致（＝意味がそっくり）
--       1     → 直交（＝無関係）
--       2     → 真逆
--   ・値が小さいほど「意味的に近い」と解釈する
--
-- 他の距離演算子:
--       <->   ユークリッド距離
--       <#>   内積のマイナス（大きい類似度ほど小さい値にするため）
SELECT id, content,
       embedding <=> '[0.12, 0.98, ...]' AS distance
FROM documents
WHERE category = 'manual'          -- 通常のSQL条件と併用できるのが強み
ORDER BY embedding <=> '[0.12, 0.98, ...]'
LIMIT 5;

6. 時系列データベース

データ構造イメージ

CPU使用率(%)
100 │
    │              ╭╮
 75 │        ╭─╮  ╭╯╰╮
 50 │   ╭────╯ ╰──╯  ╰──╮      ╭────
 25 │╭──╯                ╰──────╯
  0 └──────────────────────────────────▶ time
     00:00   06:00   12:00   18:00

   保存されるのは「timestamp + tag + value」の連続レコード
   ┌────────────────────┬───────────┬───────┐
   │ time               │ host      │ value │
   ├────────────────────┼───────────┼───────┤
   │ 2026-07-27T09:00:00│ web-01    │ 42.1  │
   │ 2026-07-27T09:00:10│ web-01    │ 44.8  │  ← 追記のみ、更新しない
   │ 2026-07-27T09:00:20│ web-01    │ 43.2  │
   └────────────────────┴───────────┴───────┘

データのライフサイクル

特徴

「タイムスタンプ＋値」に特化、データは基本的に追記のみ
自動的なダウンサンプリングと保持期間ポリシーを標準搭載
圧縮効率が高く、大量の連続データを低コストで長期保存できる

相性の良い用途

サーバー監視メトリクス（CPU、メモリ、レスポンスタイム）
IoTセンサー値（温度、湿度、位置情報）
株価・為替のティックデータ
アプリケーションパフォーマンス監視（APM）

クエリ方法

-- TimescaleDB（PostgreSQL拡張）: SQLがそのまま使える
SELECT time_bucket('1 hour', event_time) AS bucket,
       avg(cpu_usage), max(cpu_usage)
FROM metrics
WHERE event_time > now() - interval '1 day'
GROUP BY bucket
ORDER BY bucket;

# Prometheus PromQL: 関数型のクエリ言語
rate(http_requests_total[5m])                 # 5分間の増加率
avg_over_time(cpu_usage{host="web-01"}[1h])   # 1時間平均

7. 検索エンジン型データベース

転置インデックスのしくみ

■ 元の文書
   doc1: "軽量なノートパソコンが欲しい"
   doc2: "ノートに書く"
   doc3: "パソコンの修理"

■ 形態素解析して転置インデックスを作る（単語 → 文書リスト）
   ┌────────────┬──────────────────┐
   │   単語     │   出現する文書    │
   ├────────────┼──────────────────┤
   │ 軽量       │ doc1             │
   │ ノート     │ doc1, doc2       │
   │ パソコン   │ doc1, doc3       │
   │ 修理       │ doc3             │
   └────────────┴──────────────────┘

■ 「ノートパソコン」で検索
   ノート → {doc1, doc2}
   パソコン → {doc1, doc3}
   両方含む doc1 のスコアが最も高くなる → 関連度順に返却

検索リクエストの流れ

特徴

転置インデックスにより全文検索に特化
表記ゆれ、あいまい検索、関連度スコアリング、ファセット集計が得意
ログの集約・可視化基盤としても広く使われる（Kibana等と併用）

相性の良い用途

ECサイトの商品検索（あいまい検索・関連度順表示）
ログ分析基盤
ドキュメント検索、サポートFAQ検索

クエリ方法: JSON形式のクエリDSL

{
  "query": {
    "bool": {
      "must":   { "match": { "title": "ノートパソコン" } },
      "filter": { "range": { "price": { "lte": 100000 } } }
    }
  },
  "aggs": {
    "by_brand": { "terms": { "field": "brand" } }
  }
}

8. 選定フローチャート

9. 実務では「組み合わせる」のが普通

1つに絞らず複数のDBを併用する設計を Polyglot Persistence（多言語永続化） と呼びます。以下は社内ドキュメント検索を含むWebサービスの典型構成です。

併用時の注意点

論点	内容
Source of Truth	「正となるデータ」はどれか1つに決める。上図ではPostgreSQL
同期のラグ	検索用インデックスは通常あとから追いつく。即時反映が必要かを確認する
運用コスト	DBが増えるほど監視・バックアップ・障害対応の対象が増える
まず1つで試す	小規模なら pgvector や PostgreSQLの全文検索で足りることも多い

まとめ

RDBは万能だが、データの「形」とアクセスパターンによっては非RDBが桁違いに効率的
特に近年は、LLM活用に伴う ベクトルDB と、関係性の分析を担う グラフDB の重要性が上がっている
選定は「速いDBはどれか」ではなく「自分のデータの形に合った構造はどれか」で考える
実務では単一DBに絞らず、役割ごとに使い分けるのが一般的

そして最後に強調しておきたいのは、この記事で並べた7種類の非RDBがいくら強力でも、「正となるデータの置き場所（Source of Truth）」は今もほとんどの場合RDBだという事実です。上のPolyglot構成図でも、PostgreSQLだけが太枠で囲まれています。ワイドカラム型は結果整合性、Redisは揮発、ドキュメント型はトランザクション制約が弱い──それぞれ「速さ」や「柔軟さ」の裏で、RDBが黙って守ってくれている何かを手放しています。

「その手放しているものが具体的に何なのか」を、Excelで壊れる7つの事例から掘り下げた記事もあります。

もっと詳しく:

バグ・ご意見は X @taitech_dev まで。

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