文章目錄

• NoSQL定義
• NoSQL種類
• • 鍵值存儲(chǔ)
  • 文檔存儲(chǔ)
  • 寬列存儲(chǔ)
  • 圖形數(shù)據(jù)庫
• NoSQL 意味著什么
• • ACID vs. BASE
• SQL or NoSQL

NoSQL定義

不同于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，NoSQL 數(shù)據(jù)庫（也叫非 SQL 或非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）提供的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索機(jī)制并不是基于表關(guān)系建模的。沒有了數(shù)據(jù)表，自然就沒有了多表連查（join操作）的性能顧慮，范式約束和反范式化的抉擇也就不復(fù)存在了。
對(duì)于 NOSQL，另一種有趣的理解是 Not Only SQL，在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫之外的廣闊世界里，數(shù)據(jù)不一定非要打平存放到二維表格里，關(guān)系也不是只能用主鍵、外鍵、關(guān)系表來描述。

NoSQL種類

不同于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu)，NoSQL 數(shù)據(jù)庫支持一些更靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使得某些操作更快。

鍵值存儲(chǔ)

鍵值存儲(chǔ)（Key-value store）是最簡(jiǎn)單的 NoSQL 數(shù)據(jù)模型，只能存鍵值對(duì)兒，只能按 key 查詢，因?yàn)樗鎯?chǔ)的值對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不透明（類似于 BLOB），無法根據(jù)值的特征查找或建立索引。
有些鍵值數(shù)據(jù)庫能夠?qū)?key 進(jìn)行排序，從而支持范圍查詢（檢索 key 在特定區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)），比如找出工號(hào)大于 100000 的新人信息。
數(shù)據(jù)模型上是個(gè)哈希表，因此能夠達(dá)到O(1)的讀寫性能，適用于簡(jiǎn)單、或者頻繁更改的數(shù)據(jù)，經(jīng)常用作內(nèi)存緩存，例如Memcached、Redis。

文檔存儲(chǔ)

文檔存儲(chǔ)（Document store）以文檔（XML、JSON 等半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）為中心建模，相當(dāng)于增強(qiáng)版的鍵值存儲(chǔ)，面向文檔提供更精細(xì)的數(shù)據(jù)操作。與鍵值存儲(chǔ)最大的區(qū)別在于數(shù)據(jù)庫能夠理解并處理所存儲(chǔ)的值（即文檔），根據(jù)值的特征（即文檔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)）查詢和建立索引。此外，文檔還支持嵌套，甚至MongoDB、CouchDB等文檔數(shù)據(jù)庫還提供了類 SQL 的查詢語言，以支持復(fù)雜查詢。適用于持久化存儲(chǔ)，用來存放不經(jīng)常更改的數(shù)據(jù)，作為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的一般替代方案。

寬列存儲(chǔ)

寬列存儲(chǔ)（Wide column store）中，列（column）是最小的數(shù)據(jù)單元，每一列是個(gè)名值對(duì)兒（以及用于版本控制和沖突解決的時(shí)間戳），在列之上還有一級(jí)超級(jí)列（super column）：

僅含列的行稱為列族（column family），含有超級(jí)列的行稱為超級(jí)列族（super column family），每一行（即，一個(gè)列族或超級(jí)列族）代表一個(gè)實(shí)體，包含該實(shí)體的所有相關(guān)信息：

數(shù)據(jù)模型上是個(gè)二維 Map，特點(diǎn)是高性能以及良好的擴(kuò)展性，因此適用于非常大的數(shù)據(jù)集，被 Twitter、Facebook 等社交網(wǎng)絡(luò)用來存儲(chǔ)海量用戶所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

圖形數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)基于圖來建模，圖中每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一條記錄，每條邊表示節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，因此能夠輕松描述數(shù)據(jù)對(duì)象之間的復(fù)雜關(guān)系，比如關(guān)系模型中復(fù)雜的外鍵和多對(duì)多關(guān)系

圖形數(shù)據(jù)庫的實(shí)際應(yīng)用還不十分成熟，甚至還沒有一種被廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)化查詢語言，但其連接性優(yōu)勢(shì)尤其適用于具有復(fù)雜關(guān)系的數(shù)據(jù)模型（比如社交網(wǎng)絡(luò)），值得期待。

NoSQL 意味著什么

采用簡(jiǎn)單的 NoSQL 模型（如鍵值存儲(chǔ)），相當(dāng)于把一部分工作從數(shù)據(jù)庫層轉(zhuǎn)移到了應(yīng)用層。與數(shù)據(jù)庫層相比，應(yīng)用層通常更容易（橫向）擴(kuò)展，因此這種工作量轉(zhuǎn)移有助于提升系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)操作拋給應(yīng)用層來處理，以求更大的優(yōu)化空間。
甚至事務(wù)等強(qiáng)一致性保證也要由應(yīng)用層來處理，因?yàn)槎鄶?shù) NoSQL 數(shù)據(jù)庫并不提供事務(wù)支持。

ACID vs. BASE

關(guān)于這兩者的定義解釋可以看看我以前的文章：
BASE理論（基本可用策略+ 最終一致性實(shí)現(xiàn)） 和 什么是ACID理論(二階段、三階段提交、TCC)
不同于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中追求的ACID（事務(wù)的 4 大特性）:

• Atomicity（原子性）：一系列操作要么全部成功要么失敗全部回滾
• Consistency（一致性）：事務(wù)執(zhí)行前后數(shù)據(jù)庫都必須處于一致性狀態(tài)（滿足既定的所有一致性約束）
• Isolation（隔離性）：并發(fā)事務(wù)操作的結(jié)果狀態(tài)與按順序執(zhí)行一樣
• Durability（持久性）：事務(wù)一旦提交，對(duì)數(shù)據(jù)的改變就是永久性的，遭遇故障也不會(huì)丟失已提交的結(jié)果

NoSQL 在CAP 的抉擇中對(duì) C 做了妥協(xié)，允許最終一致性，即BASE：

• Basically Available（基本可用）：讀寫操作盡可能保證可用，但不保證任何一致性
• Soft state（軟狀態(tài)）：由于沒有一致性保證，在一段時(shí)間后，只是有可能讀到最新狀態(tài)，因?yàn)榭赡苓€沒收斂
• Eventual consistency（最終一致性）：如果系統(tǒng)運(yùn)行正常，等待足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，最終能夠讀到最新狀態(tài)

也就是說，在分布式環(huán)境下，（大多數(shù)）NoSQL 數(shù)據(jù)庫僅保證最終一致性，可能無法立即讀到最新的數(shù)據(jù)。

SQL or NoSQL

相比之下，SQL 數(shù)據(jù)庫（關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）的優(yōu)勢(shì)在于：

• 支持事務(wù)操作
• 有明確的擴(kuò)展模式
• 開發(fā)人員、社區(qū)、工具等相對(duì)成熟

主要缺陷是：

• 復(fù)雜的連表查詢導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取性能不佳
• 不太容易擴(kuò)展（手動(dòng)分片）
• 關(guān)系模型與 OOP 之間存在較大差異（Object-relational impedance mismatch）
• 只支持存取結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，關(guān)系模式（如表結(jié)構(gòu)）必須預(yù)先定義，并且修改成本高

而 NoSQL 數(shù)據(jù)庫（非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）的優(yōu)勢(shì)集中在：

• 不存在復(fù)雜的連表查詢
• 容易擴(kuò)展（一些 NoSQL 數(shù)據(jù)庫支持自動(dòng)分片）
• 與 OOP 數(shù)據(jù)模型一致，易于使用
• 不必預(yù)先定義數(shù)據(jù)模式，支持存取快速變化的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)
• 讀寫性能（IOPS）很高，適合數(shù)據(jù)密集型工作

主要缺陷在于：

• 缺少?gòu)?qiáng)一致性保證
• 開發(fā)人員、社區(qū)、工具等沒那么成熟

因此，NoSQL 數(shù)據(jù)庫適用于：

• 快速變化數(shù)據(jù)，如點(diǎn)擊流（click stream）數(shù)據(jù)或日志數(shù)據(jù)
• 排行榜或評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)
• 臨時(shí)數(shù)據(jù)，如購(gòu)物車數(shù)據(jù)
• 頻繁訪問的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)
• 元數(shù)據(jù)（metadata），以及查找表（lookup tables）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的后台系统可扩展性学习笔记（十二）NoSQL的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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