Escalabilidade Horizontal e Vertical em Bancos de Dados Relacionais e NoSQL

Introdução

A escalabilidade é um aspecto crítico no desempenho de sistemas de banco de dados, especialmente diante do crescimento constante dos volumes de dados e das exigências de alta disponibilidade. Ela pode ser abordada por dois tipos principais de estratégia: escalabilidade vertical e escalabilidade horizontal.

Este artigo aborda essas abordagens com foco em bancos relacionais (ex: MySQL, PostgreSQL, Oracle) e NoSQL (ex: MongoDB, Cassandra), com ênfase nos aspectos mais cobrados em concursos públicos.

Escalabilidade Vertical (Scale-Up)

Definição: Aumento da capacidade do mesmo servidor onde o banco de dados está instalado, por meio da adição de CPU, memória RAM, SSDs mais rápidos, etc.

Características:

Simples de implementar.
Sem mudanças na lógica da aplicação.
Limitada fisicamente ao hardware.
Pode exigir downtime para upgrade.

Em bancos relacionais:

É a forma mais comum e tradicional de escalabilidade.
Utilizada em SGBDs monolíticos como Oracle e SQL Server.
A gerência transacional e integridade referencial tornam a distribuição complexa.

Escalabilidade Horizontal (Scale-Out)

Definição: Consiste em adicionar novas instâncias ou servidores para distribuir carga e dados. É baseada na replicação e/ou particionamento (sharding).

Características:

Mais complexa de implementar.
Maior custo com orquestração e consistência.
Permite crescer praticamente de forma ilimitada.
Ideal para aplicações com grandes volumes e alta disponibilidade.

Em bancos relacionais:

Mais difícil devido à natureza ACID dos relacionamentos.
Algumas soluções modernas como PostgreSQL com Citus ou MySQL Cluster permitem scale-out com restrições.

Em bancos NoSQL:

Projetados para escalar horizontalmente.
MongoDB, Cassandra, DynamoDB usam sharding e replicação nativamente.
Adotam consistência eventual, facilitando distribuição.

Comparativo

Critério	Escalabilidade Vertical	Escalabilidade Horizontal
Custo inicial	Menor	Maior
Crescimento	Limitado ao hardware	Escala quase ilimitada
Complexidade	Baixa	Alta (sincronização, consistência)
Tolerância a falhas	Menor	Maior (failover, redundância)
Aplicação em NoSQL	Pouco usada	Altamente empregada
Aplicação em Relacional	Muito usada	Limitada, com suporte restrito

Figura 1- Escalabilidade: Vertical x Horizontal. (MARQUESONE, 2016)

Para concursos

Bancos relacionais escalam melhor verticalmente, por manterem consistência ACID.
NoSQL é orientado à escalabilidade horizontal, por adotar consistência eventual.
Sharding e replicação são técnicas típicas de scale-out.
A escalabilidade vertical tem limites físicos e pode causar gargalos.
Escalabilidade horizontal exige planejamento da distribuição dos dados e reconfiguração de aplicação.

Questões

Ano: 2025 Banca: FGV Órgão: TCE-RR Prova: FGV – 2025 – TCE-RR – Auditor de Controle Externo – Tecnologia com Especialidade em Análise de Dados

NoSQL é uma abreviação de Not only SQL, (não somente SQL) e esse termo foi cunhado para definir os novos modelos de armazenamento de dados, criados para atenderem às necessidades de flexibilidade, disponibilidade, escalabilidade e desempenho das aplicações inseridas no contexto atual de vasta quantidade de informação, estruturada ou não. Esses modelos são classificados de acordo com a estrutura que os dados são armazenados. Um deles, especificamente, dá mais importância para a descoberta de como os dados estão relacionados do que para os dados em si.

O modelo em questão é o

A) orientado a documentos.
B) relacional.
C) orientado a grafos.
D) orientado a chave-valor.
E) orientado a colunas.

Uma organização de grande porte está enfrentando limitações de desempenho em seu sistema de banco de dados relacional, que utiliza um servidor central com alto poder de processamento. Diante da necessidade de lidar com picos de acesso e volumes de dados crescentes, a equipe de TI cogita duas alternativas: investir em mais recursos para o mesmo servidor ou distribuir os dados entre múltiplos servidores.

Com base nas estratégias de escalabilidade em bancos de dados, a abordagem de escalar verticalmente e a de escalar horizontalmente, respectivamente, são mais adequadas, respectivamente, para:

a) sistemas NoSQL e sistemas relacionais.
b) ambientes distribuídos e aplicações monolíticas.
c) aplicações que priorizam consistência e sistemas que priorizam disponibilidade.
d) cenários com baixa complexidade e arquiteturas com replicação e particionamento.
e) sistemas com alta tolerância a falhas e bancos de dados com forte integridade referencial.

Conclusão

Diante da crescente demanda por desempenho e disponibilidade em sistemas de informação, compreender os conceitos de escalabilidade vertical e horizontal torna-se essencial para profissionais de TI e candidatos a concursos públicos. É altamente recomendável aprofundar o estudo sobre essas estratégias, especialmente suas aplicações práticas em bancos de dados relacionais e NoSQL, pois são temas recorrentes em provas e fundamentais para o projeto de soluções escaláveis e eficientes no mundo real.

Prof. Dr. Washington Almeida – Engenharia de Software / Banco de Dados

Referências

Silberschatz, A., Korth, H. F., & Sudarshan, S. (2020). Sistemas de Banco de Dados (7ª ed.).
Stonebraker, M., & Cattell, R. (2011). “10 rules for scalable performance in ‘simple operation’ datastores”. Communications of the ACM.
Oracle Docs. Scaling options for MySQL and Oracle DB.
MARQUESONE, Rosangela. Big Data: Técnicas e Tecnologias para extração de valor dos dados. Editora Casa do Código, 220p, São Paulo, 2016. Disponível em: <http://www.casadocodigo.com.br/products/livro-big-data>.
MongoDB Docs. Sharding and Replica Sets.

Gabarito:

Questão 1

Letra C, nesse caso só pode ser o banco orientado a grafos.

Questão 2

Letra C.

Comentário:

a) Incorreta. Sistemas NoSQL são orientados à escalabilidade horizontal, enquanto bancos relacionais tendem a escalar verticalmente.

b) Incorreta. A frase é ambígua, pois aplicações monolíticas não são necessariamente relacionadas à escalabilidade vertical.

c) Correta. A escalabilidade vertical é mais apropriada para aplicações que exigem consistência (como bancos relacionais com ACID), enquanto a horizontal é comum em sistemas NoSQL que favorecem disponibilidade e particionamento.

d) Incorreta. Apesar de a escalabilidade vertical envolver menor complexidade, a alternativa mistura os conceitos de forma genérica.

e) Incorreta. A escalabilidade horizontal oferece maior tolerância a falhas, mas bancos com forte integridade referencial tendem a evitar particionamento, favorecendo a vertical.