NOSQL的一個核心概念,nosql的三大理論基礎

什么是NoSQL數據庫？

2. 什么是NoSQL？

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2.1 NoSQL 概述

NoSQL(NoSQL = Not Only SQL )，意即“不僅僅是SQL”，

泛指非關系型的數據庫。隨著互聯網web2.0網站的興起，傳統的關系數據庫在應付web2.0網站，特別是超大規模和高并發的SNS類型的web2.0純動態網站已經顯得力不從心，暴露了很多難以克服的問題，而非關系型的數據庫則由于其本身的特點得到了非常迅速的發展。NoSQL數據庫的產生就是為了解決大規模數據集合多重數據種類帶來的挑戰，尤其是大數據應用難題，包括超大規模數據的存儲。

（例如谷歌或Facebook每天為他們的用戶收集萬億比特的數據）。這些類型的數據存儲不需要固定的模式，無需多余操作就可以橫向擴展。

2.2 NoSQL代表

MongDB、 Redis、Memcache

3. 關系型數據庫與NoSQL的區別？

3.1 RDBMS

高度組織化結構化數據

結構化查詢語言（SQL）

數據和關系都存儲在單獨的表中。

數據操縱語言，數據定義語言

嚴格的一致性

基礎事務

ACID

關系型數據庫遵循ACID規則

事務在英文中是transaction，和現實世界中的交易很類似，它有如下四個特性：

A (Atomicity) 原子性

原子性很容易理解，也就是說事務里的所有操作要么全部做完，要么都不做，事務成功的條件是事務里的所有操作都成功，只要有一個操作失敗，整個事務就失敗，需要回滾。比如銀行轉賬，從A賬戶轉100元至B賬戶，分為兩個步驟：1）從A賬戶取100元；2）存入100元至B賬戶。這兩步要么一起完成，要么一起不完成，如果只完成第一步，第二步失敗，錢會莫名其妙少了100元。

C (Consistency) 一致性

一致性也比較容易理解，也就是說數據庫要一直處于一致的狀態，事務的運行不會改變數據庫原本的一致性約束。

I (Isolation) 獨立性

所謂的獨立性是指并發的事務之間不會互相影響，如果一個事務要訪問的數據正在被另外一個事務修改，只要另外一個事務未提交，它所訪問的數據就不受未提交事務的影響。比如現有有個交易是從A賬戶轉100元至B賬戶，在這個交易還未完成的情況下，如果此時B查詢自己的賬戶，是看不到新增加的100元的

D (Durability) 持久性

持久性是指一旦事務提交后，它所做的修改將會永久的保存在數據庫上，即使出現宕機也不會丟失。

3.2 NoSQL

代表著不僅僅是SQL

沒有聲明性查詢語言

沒有預定義的模式

鍵 - 值對存儲，列存儲，文檔存儲，圖形數據庫

最終一致性，而非ACID屬性

非結構化和不可預知的數據

CAP定理

高性能，高可用性和可伸縮性

分布式數據庫中的CAP原理(了解)

CAP定理：

Consistency(一致性), 數據一致更新，所有數據變動都是同步的

Availability(可用性), 好的響應性能

Partition tolerance(分區容錯性) 可靠性

P: 系統中任意信息的丟失或失敗不會影響系統的繼續運作。

定理：任何分布式系統只可同時滿足二點，沒法三者兼顧。

CAP理論的核心是：一個分布式系統不可能同時很好的滿足一致性，可用性和分區容錯性這三個需求，

因此，根據 CAP 原理將 NoSQL 數據庫分成了滿足 CA 原則、滿足 CP 原則和滿足 AP 原則三大類：

CA - 單點集群，滿足一致性，可用性的系統，通常在可擴展性上不太強大。

CP - 滿足一致性，分區容忍性的系統，通常性能不是特別高。

AP - 滿足可用性，分區容忍性的系統，通常可能對一致性要求低一些。

CAP理論就是說在分布式存儲系統中，最多只能實現上面的兩點。

而由于當前的網絡硬件肯定會出現延遲丟包等問題，所以分區容忍性是我們必須需要實現的。

所以我們只能在一致性和可用性之間進行權衡，沒有NoSQL系統能同時保證這三點。

說明：C：強一致性 A：高可用性 P：分布式容忍性

舉例：

CA：傳統Oracle數據庫

AP：大多數網站架構的選擇

CP：Redis、Mongodb

注意：分布式架構的時候必須做出取舍。

一致性和可用性之間取一個平衡。多余大多數web應用，其實并不需要強一致性。

因此犧牲C換取P，這是目前分布式數據庫產品的方向。

4. 當下NoSQL的經典應用

當下的應用是 SQL 與 NoSQL 一起使用的。

代表項目：阿里巴巴商品信息的存放。

去 IOE 化。

ps：I 是指 IBM 的小型機，很貴的，好像好幾萬一臺；O 是指 Oracle 數據庫，也很貴的，好幾萬呢；M 是指 EMC 的存儲設備，也很貴的。

難點：

數據類型多樣性。

數據源多樣性和變化重構。

數據源改造而服務平臺不需要大面積重構。

如何選擇NoSQL數據庫

NoSQL，指的是非關系型的數據庫。隨著互聯網web2.0網站的興起，傳統的關系數據庫在應付web2.0網站，特別是超大規模和高并發的

SNS類型的web2.0純動態網站已經顯得力不從心，暴露了很多難以克服的問題，而非關系型的數據庫則由于其本身的特點得到了非常迅速的發展。

NoSQL(NoSQL

= Not Only SQL

)，意即“不僅僅是SQL”，是一項全新的數據庫革命性運動，早期就有人提出，發展至2009年趨勢越發高漲。NoSQL的擁護者們提倡運用非關系型的數

據存儲，相對于鋪天蓋地的關系型數據庫運用，這一概念無疑是一種全新的思維的注入。

從這一新興技術中選擇一款正確的NoSQL數據庫是非常具有挑戰性的。比一下網建議在選擇時考慮以下因素：

并發控制

并

發控制指的是當多個用戶同時更新運行時，用于保護數據庫完整性的各種技術。并發機制不正確可能導致臟讀、幻讀和不可重復讀等此類問題。并發控制的目的是保

證一個用戶的工作不會對另一個用戶的工作產生不合理的影響。在某些情況下，這些措施保證了當用戶和其他用戶一起操作時，所得的結果和她單獨操作時的結果是

一樣的。在另一些情況下，這表示用戶的工作按預定的方式受其他用戶的影響。

封鎖

就是事務T在對某個數據對象（例如表、記錄等）操作之前，先向系統發出請求，對其加鎖。加鎖后事務T就對該數據對象有了一定的控制，在事務T釋放它的鎖之前，其它的事務不能更新此數據對象。

封鎖是一次只允許一個用戶讀取或修改的一種機制，是實現并發控制的一個非常重要的技術。

MVCC

Multi-Version Concurrency Control多版本并發控制，維持一個數據的多個版本使讀寫操作沒有沖突。MVCC優化了數據庫并發系統，使系統在有大量并發用戶時得到最高的性能，并且可以不用關閉服務器就直接進行熱備份。

ACID

指

數據庫事務正確執行的四個基本要素的縮寫。包含：原子性(Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久

性（Durability）。一個支持事務（Transaction）的數據庫系統，必需要具有這四種特性，否則在事務過程（Transaction

processing）當中無法保證數據的正確性，交易過程極可能達不到交易方的要求。

None

一些系統不提供原子性。

鏡像

數據庫鏡像是DBMS根據DBA的要求，自動把整個數據庫或其中的關鍵數據復制到另一個磁盤上，每當主數據庫更新時，DBMS會自動把更新后的數據復制過去，即DBMS自動保證鏡像數據與主數據的一致性。

鏡像分為同步和異步。

數據存儲

指的是數據的物理特性怎樣被存儲在數據庫中。

磁盤數據被存儲在硬盤驅動器里；

GFS或谷歌文件系統是一個由谷歌開發的專有的分布式文件系統；

Hadoop是Apache軟件框架，免費許可下支持數據密集型分布式應用程序；

RAM隨機存儲器；

插件可以添加外部插件；

Amazon S3通過Web服務接口提供存儲；

BDB：BDB

全稱是 “Berkeley DB”，它是MySQL具有事務能力的表類型，由Sleepycat

Software開發。BDB表類型提供了MySQL用戶長久期盼的功能，即事務控制能力。在任何RDBMS中，事務控制能力都是一種極其重要和寶貴的功

能。事務控制能力使得我們能夠確保一組命令確實已經全部執行成功，或者確保當任何一個命令出現錯誤時所有命令的執行結果均被退回。

實現語言

實現語言會影響數據庫的發展速度。典型的NoSQL數據庫是用低級語言如C / C + +編寫的。另一方面，那些更高層次的語言如Java，使自定義更容易。

實現語言有：C, C++, Erlang, Java, Python

特性

考慮下列哪一個特點對你的數據庫是最重要的：

持久性

可用性

一致性

分區容忍性

證書類型

下面這些許可證是一個不同的開放源碼許可的形式：

GPL：通用公共許可證

BSD：伯克利軟件分發

MPL：Mozilla公共許可證

EPL：Eclipse公共許可證

IDPL：最初的開發者的公共許可證

LGPL：較寬松通用公共許可證

存儲類型

存儲類型是NoSQL數據庫最大的不同，是決定使用哪款數據庫的一個首要指標。

關鍵字：支持get、put和刪除操作

按列存儲：相對于傳統的按行存儲，數據集成容易多了

面向文件系統：存儲像是JSON或XML這樣的結構化文件，很容易就能從面向對象軟件中獲取數據。

NoSQL是什么意思

什么是NoSQL數據庫？從名稱“非SQL”或“非關系型”衍生而來，這些數據庫不使用類似SQL的查詢語言，通常稱為結構化存儲。這些數據庫自1960年就已經存在，但是直到現在一些大公司（例如Google和Facebook）開始使用它們時，這些數據庫才流行起來。該數據庫最明顯的優勢是擺脫了一組固定的列、連接和類似SQL的查詢語言的限制。有時，NoSQL這個名稱也可能表示“不僅僅SQL”，來確保它們可能支持SQL。 NoSQL數據庫使用諸如鍵值、寬列、圖形或文檔之類的數據結構，并且可以如JSON之類的不同格式存儲。

為什么要使用NoSQL？NOSQL的優勢

這次的NoSQL專欄系列將先整體介紹NoSQL，然后介紹如何把NoSQL運用到自己的項目中合適的場景中，還會適當地分析一些成功案例，希望有成功使用NoSQL經驗的朋友給我提供一些線索和信息。

NoSQL概念隨著web2.0的快速發展，非關系型、分布式數據存儲得到了快速的發展，它們不保證關系數據的ACID特性。NoSQL概念在2009年被提了出來。NoSQL最常見的解釋是“non-relational”，“Not Only SQL”也被很多人接受。（“NoSQL”一詞最早于1998年被用于一個輕量級的關系數據庫的名字。）

NoSQL被我們用得最多的當數key-value存儲，當然還有其他的文檔型的、列存儲、圖型數據庫、xml數據庫等。在NoSQL概念提出之前，這些數據庫就被用于各種系統當中，但是卻很少用于web互聯網應用。比如cdb、qdbm、bdb數據庫。

傳統關系數據庫的瓶頸

傳統的關系數據庫具有不錯的性能，高穩定型，久經歷史考驗，而且使用簡單，功能強大，同時也積累了大量的成功案例。在互聯網領域，MySQL成為了絕對靠前的王者，毫不夸張的說，MySQL為互聯網的發展做出了卓越的貢獻。

在90年代，一個網站的訪問量一般都不大，用單個數據庫完全可以輕松應付。在那個時候，更多的都是靜態網頁，動態交互類型的網站不多。

到了最近10年，網站開始快速發展。火爆的論壇、博客、sns、微博逐漸引領web領域的潮流。在初期，論壇的流量其實也不大，如果你接觸網絡比較早，你可能還記得那個時候還有文本型存儲的論壇程序，可以想象一般的論壇的流量有多大。

Memcached+MySQL

后來，隨著訪問量的上升，幾乎大部分使用MySQL架構的網站在數據庫上都開始出現了性能問題，web程序不再僅僅專注在功能上，同時也在追求性能。程序員們開始大量的使用緩存技術來緩解數據庫的壓力，優化數據庫的結構和索引。開始比較流行的是通過文件緩存來緩解數據庫壓力，但是當訪問量繼續增大的時候，多臺web機器通過文件緩存不能共享，大量的小文件緩存也帶了了比較高的IO壓力。在這個時候，Memcached就自然的成為一個非常時尚的技術產品。

Memcached作為一個獨立的分布式的緩存服務器，為多個web服務器提供了一個共享的高性能緩存服務，在Memcached服務器上，又發展了根據hash算法來進行多臺Memcached緩存服務的擴展，然后又出現了一致性hash來解決增加或減少緩存服務器導致重新hash帶來的大量緩存失效的弊端。當時，如果你去面試，你說你有Memcached經驗，肯定會加分的。

Mysql主從讀寫分離

由于數據庫的寫入壓力增加，Memcached只能緩解數據庫的讀取壓力。讀寫集中在一個數據庫上讓數據庫不堪重負，大部分網站開始使用主從復制技術來達到讀寫分離，以提高讀寫性能和讀庫的可擴展性。Mysql的master-slave模式成為這個時候的網站標配了。

分表分庫隨著web2.0的繼續高速發展，在Memcached的高速緩存，MySQL的主從復制，讀寫分離的基礎之上，這時MySQL主庫的寫壓力開始出現瓶頸，而數據量的持續猛增，由于MyISAM使用表鎖，在高并發下會出現嚴重的鎖問題，大量的高并發MySQL應用開始使用InnoDB引擎代替MyISAM。同時，開始流行使用分表分庫來緩解寫壓力和數據增長的擴展問題。這個時候，分表分庫成了一個熱門技術，是面試的熱門問題也是業界討論的熱門技術問題。也就在這個時候，MySQL推出了還不太穩定的表分區，這也給技術實力一般的公司帶來了希望。雖然MySQL推出了MySQL Cluster集群，但是由于在互聯網幾乎沒有成功案例，性能也不能滿足互聯網的要求，只是在高可靠性上提供了非常大的保證。

MySQL的擴展性瓶頸

在互聯網，大部分的MySQL都應該是IO密集型的，事實上，如果你的MySQL是個CPU密集型的話，那么很可能你的MySQL設計得有性能問題，需要優化了。大數據量高并發環境下的MySQL應用開發越來越復雜，也越來越具有技術挑戰性。分表分庫的規則把握都是需要經驗的。雖然有像淘寶這樣技術實力強大的公司開發了透明的中間件層來屏蔽開發者的復雜性，但是避免不了整個架構的復雜性。分庫分表的子庫到一定階段又面臨擴展問題。還有就是需求的變更，可能又需要一種新的分庫方式。

MySQL數據庫也經常存儲一些大文本字段，導致數據庫表非常的大，在做數據庫恢復的時候就導致非常的慢，不容易快速恢復數據庫。比如1000萬4KB大小的文本就接近40GB的大小，如果能把這些數據從MySQL省去，MySQL將變得非常的小。

關系數據庫很強大，但是它并不能很好的應付所有的應用場景。MySQL的擴展性差（需要復雜的技術來實現），大數據下IO壓力大，表結構更改困難，正是當前使用MySQL的開發人員面臨的問題。

NOSQL的優勢易擴展NoSQL數據庫種類繁多，但是一個共同的特點都是去掉關系數據庫的關系型特性。數據之間無關系，這樣就非常容易擴展。也無形之間，在架構的層面上帶來了可擴展的能力。

大數據量，高性能

NoSQL數據庫都具有非常高的讀寫性能，尤其在大數據量下，同樣表現優秀。這得益于它的無關系性，數據庫的結構簡單。一般MySQL使用Query Cache，每次表的更新Cache就失效，是一種大粒度的Cache，在針對web2.0的交互頻繁的應用，Cache性能不高。而NoSQL的Cache是記錄級的，是一種細粒度的Cache，所以NoSQL在這個層面上來說就要性能高很多了。

靈活的數據模型

NoSQL無需事先為要存儲的數據建立字段，隨時可以存儲自定義的數據格式。而在關系數據庫里，增刪字段是一件非常麻煩的事情。如果是非常大數據量的表，增加字段簡直就是一個噩夢。這點在大數據量的web2.0時代尤其明顯。

高可用NoSQL在不太影響性能的情況，就可以方便的實現高可用的架構。比如Cassandra，HBase模型，通過復制模型也能實現高可用。

總結NoSQL數據庫的出現，彌補了關系數據（比如MySQL）在某些方面的不足，在某些方面能極大的節省開發成本和維護成本。

MySQL和NoSQL都有各自的特點和使用的應用場景，兩者的緊密結合將會給web2.0的數據庫發展帶來新的思路。

什么是nosql非結構化數據庫

基本含義NoSQL(NoSQL = Not Only SQL )，意即“不僅僅是SQL”，是一項全新的數據庫革命性運動，早期就有人提出，發展至2009年趨勢越發高漲。NoSQL的擁護者們提倡運用非關系型的數據存儲，相對于鋪天蓋地的關系型數據庫運用，這一概念無疑是一種全新的思維的注入。NoSQLNoSQL數據庫的四大分類鍵值(Key-Value)存儲數據庫這一類數據庫主要會使用到一個哈希表，這個表中有一個特定的鍵和一個指針指向特定的數據。Key/value模型對于IT系統來說的優勢在于簡單、易部署。但是如果DBA只對部分值進行查詢或更新的時候，Key/value就顯得效率低下了。[3] 舉例如：Tokyo Cabinet/Tyrant, Redis, Voldemort, Oracle BDB.列存儲數據庫。這部分數據庫通常是用來應對分布式存儲的海量數據。鍵仍然存在，但是它們的特點是指向了多個列。這些列是由列家族來安排的。如：Cassandra, HBase, Riak.文檔型數據庫文檔型數據庫的靈感是來自于Lotus Notes辦公軟件的，而且它同第一種鍵值存儲相類似。該類型的數據模型是版本化的文檔，半結構化的文檔以特定的格式存儲，比如JSON。文檔型數據庫可以看作是鍵值數據庫的升級版，允許之間嵌套鍵值。而且文檔型數據庫比鍵值數據庫的查詢效率更高。如：CouchDB, MongoDb. 國內也有文檔型數據庫SequoiaDB，已經開源。圖形(Graph)數據庫圖形結構的數據庫同其他行列以及剛性結構的SQL數據庫不同，它是使用靈活的圖形模型，并且能夠擴展到多個服務器上。NoSQL數據庫沒有標準的查詢語言(SQL)，因此進行數據庫查詢需要制定數據模型。許多NoSQL數據庫都有REST式的數據接口或者查詢API。[2] 如：Neo4J, InfoGrid, Infinite Graph.因此，我們總結NoSQL數據庫在以下的這幾種情況下比較適用：1、數據模型比較簡單；2、需要靈活性更強的IT系統；3、對數據庫性能要求較高；4、不需要高度的數據一致性；5、對于給定key，比較容易映射復雜值的環境。

網站名稱：NOSQL的一個核心概念,nosql的三大理論基礎
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