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Emanoel Carvalho
Emanoel Carvalho

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Bancos de Dados Chave-Valor: Conceitos, Funcionamento e Laboratório com Redis

#webdev #redis #database

Introdução

Bancos de dados chave-valor são amplamente utilizados em aplicações modernas por resolverem, de forma simples e eficiente, problemas comuns relacionados a latência, escalabilidade e flexibilidade de dados. Este artigo apresenta uma visão conceitual e prática sobre esse modelo, explicando desde seus fundamentos até um laboratório prático utilizando Redis e Docker.

O que é um banco de dados chave-valor?

Um banco de dados chave-valor é um tipo de banco NoSQL que armazena dados na forma de pares simples:

chave → valor
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A chave é um identificador único, e o valor é um bloco de dados associado a essa chave. O banco não precisa interpretar o conteúdo do valor — ele apenas o armazena e o recupera.

Esse modelo é classificado como NoSQL porque abandona conceitos tradicionais dos bancos relacionais, como:

  • Tabelas
  • Relacionamentos
  • Joins
  • Esquemas rígidos

O objetivo principal é alcançar alto desempenho, flexibilidade de dados e escalabilidade horizontal.

Diferença para outros bancos NoSQL

Embora bancos como Redis e MongoDB pertençam à família NoSQL, eles resolvem problemas diferentes.

  • Redis: foco em alta performance, com dados armazenados primariamente em memória.
  • MongoDB: foco em persistência de documentos complexos, armazenados em disco.

A principal diferença está na forma de armazenamento e no tipo de carga de trabalho que cada um atende melhor.

Como funciona o armazenamento em bancos chave-valor?

O armazenamento ocorre por meio de pares simples:

  • Chave: identificador único
  • Valor: qualquer tipo de dado (strings, números, JSONs ou objetos serializados)

Essa estrutura é semelhante a um dicionário ou mapa.

Por não existir esquema ou validação estrutural, operações de leitura e escrita são extremamente rápidas.

Exemplos de uso comuns

  • Carrinhos de compra
  • Sessões de usuários
  • Promoções temporárias
  • Cache de dados frequentemente acessados

Um exemplo bastante conhecido no desenvolvimento front-end é o localStorage, uma API do HTML5 que permite armazenar dados no navegador do usuário no formato chave-valor.

Principais características

Estrutura simples

A chave localiza diretamente o valor. O banco não precisa entender o conteúdo armazenado.

Flexibilidade (schema-less)

Cada valor pode ter uma estrutura diferente, facilitando o armazenamento de dados não estruturados ou semipreenchidos.

Performance e escalabilidade

  • Acesso direto pela chave
  • Leitura e escrita em tempo constante (O(1))
  • Fácil particionamento e escalabilidade horizontal

Acesso direto

Não existem índices complexos nem varredura de dados. A busca é feita diretamente pela chave.

Casos de uso mais comuns

  • Cache de aplicações: Redis, Memcached
  • Gerenciamento de sessão: dados de usuários em tempo real
  • Filas e contadores: métricas, processamento assíncrono

Funcionamento em baixo nível

Em baixo nível, um banco chave-valor é essencialmente um sistema que mapeia um conjunto de bytes (chave) para outro conjunto de bytes (valor).

Internamente:

  • Não existe conceito de tipo, tabela ou esquema
  • Tudo é tratado como dados binários

Estrutura em memória

A implementação mais comum utiliza uma tabela hash:

  1. A chave (array de bytes) é passada por uma função hash
  2. O hash gera um índice na tabela
  3. Esse índice aponta para um bucket
  4. O bucket pode conter uma ou mais entradas
  5. Em caso de colisão, a comparação final é feita byte a byte

Se a chave for encontrada, o valor associado é retornado.

Persistência de dados

Embora muitos bancos chave-valor utilizem memória para alcançar alta performance, isso torna os dados voláteis.

Para resolver esse problema, mecanismos de persistência são utilizados.

Write-Ahead Log (WAL)

  • Toda escrita é registrada primeiro em um log sequencial em disco
  • Garante que os dados não sejam perdidos em caso de falha

MemTable

  • Estrutura de dados mantida em memória (como Skip List ou Árvore balanceada)
  • Escritas são feitas simultaneamente no log e na memória
  • A resposta de sucesso é enviada após essas operações

Esse modelo realiza apenas operações de append, evitando sobrescritas em disco e aumentando a eficiência.

Por que esse modelo é tão utilizado?

  • Resolve problemas de latência
  • Reduz custo de acesso a bancos relacionais
  • Evita múltiplas consultas repetidas
  • Simplifica o modelo mental do desenvolvedor

A aplicação sabe exatamente qual chave buscar e recebe o valor diretamente, sem surpresas de performance.

Laboratório prático com Redis

Pré-requisitos

Você precisa ter instalado:

  • Docker
  • Docker Compose

Verifique:

docker --version
docker compose version
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Estrutura do laboratório 

redis-lab/
 ├── docker-compose.yml
 └── README.md (opcional)
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Criando o Redis com Docker

docker-compose.yml 

version: "3.9"

services:
  redis:
    image: redis:7.2
    container_name: redis-lab
    ports:
      - "6379:6379"
    volumes:
      - redis_data:/data
    command: redis-server --appendonly yes
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Conceitos envolvidos

  • redis:7.2: SGBD Redis
  • Porta 6379: porta padrão do Redis
  • volumes: persistência de dados
  • appendonly yes: grava operações em disco (AOF)

Mesmo bancos em memória podem oferecer persistência.

Subindo o banco 

docker compose up -d
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Verifique:

docker ps
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Acessando o Redis 

docker exec -it redis-lab redis-cli
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Operações básicas

Inserindo dados 

SET nome "Carlos"
SET idade 30
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Buscando dados 

GET nome
GET idade
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Busca em tempo constante (O(1)).

Atualizando dados 

SET idade 31
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Atualizar significa sobrescrever o valor da chave.

Removendo dados 

DEL nome
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Tipos de dados no Redis

Strings 

SET status "ativo"
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Listas 

LPUSH fila_emails "email1"
LPUSH fila_emails "email2"
LRANGE fila_emails 0 -1
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Muito usadas como filas.

Contadores 

SET visitas 0
INCR visitas
INCR visitas
GET visitas
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Operações atômicas, ideais para métricas.

Hashes 

HSET usuario:1 nome "Ana" idade 28 email "ana@email.com"
HGETALL usuario:1
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Simulam registros estruturados.

TTL – dados temporários 

SET codigo_verificacao "123456" EX 10
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Após 10 segundos:

GET codigo_verificacao
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Muito usado para sessões, tokens e cache.

Visualizando o estado do banco 

KEYS *
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⚠️ Em produção, esse comando é perigoso. Aqui é usado apenas para aprendizado.

Resumo mental

Conceito Redis
Modelo Chave → Valor
Schema Não existe
Join Não
Velocidade Muito alta
Persistência Opcional
Uso comum Cache, sessões, filas

Encerrando o laboratório 

docker compose down
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Referências

Top comments (2)

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victor_elizondo_788328940 profile image
Victor Elizondo •

Totally agree — this is a clear, practical explanation of key-value databases and Redis, especially how you connected the concepts with a hands-on lab.

Collapse
 
paulojr_r profile image
Paulo Junior •

Muito massa mano 👏🏾