常見NoSQL數據庫的應用場景是怎么樣的

文檔數據庫 源起：受Lotus Notes啟發。 數據模型：包含了key-value的文檔集合 例子：CouchDB, MongoDB 優點：數據模型自然，編程友好，快速開發，web友好，CRUD。 圖數據庫 源起： 歐拉和圖理論。 數據模型：節點和關系，也可處理鍵值對。 例子：AllegroGraph, InfoGrid, Neo4j 優點：解決復雜的圖問題。 關系數據庫 源起： E. F. Codd 在A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks提出的 數據模型：各種關系 例子：VoltDB, Clustrix, MySQL 優點：高性能、可擴展的OLTP，支持SQL，物化視圖，支持事務，編程友好。 對象數據庫 源起：圖數據庫研究 數據模型：對象 例子：Objectivity, Gemstone 優點：復雜對象模型，快速鍵值訪問，鍵功能訪問，以及圖數據庫的優點。 Key-Value數據庫 源起：Amazon的論文 Dynamo 和 Distributed HashTables。 數據模型：鍵值對 例子：Membase, Riak 優點：處理大量數據，快速處理大量讀寫請求。編程友好。 BigTable類型數據庫 源起：Google的論文 BigTable。 數據模型：列簇，每一行在理論上都是不同的 例子：HBase, Hypertable, Cassandra 優點：處理大量數據，應對極高寫負載，高可用，支持跨數據中心， MapReduce。 數據結構服務 源起： ? 數據模型：字典操作，lists, sets和字符串值 例子：Redis 優點：不同于以前的任何數據庫 網格數據庫 源起：數據網格和元組空間研究。 數據模型：基于空間的架構 例子：GigaSpaces, Coherence 優點：適于事務處理的高性能和高擴展性

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nosql數據庫的四種類型

一般將NoSQL數據庫分為四大類：鍵值(Key-Value)存儲數據庫、列存儲數據庫、文檔型數據庫和圖形(Graph)數據庫。它們的數據模型、優缺點、典型應用場景。

鍵值(Key-Value)存儲數據庫Key指向Value的鍵值對，通常用hash表來實現查找速度快數據無結構化(通常只被當作字符串或者二進制數據)內容緩存，主要用于處理大量數據的高訪問負載，也用于一些日志系統等。

列存儲數據庫，以列簇式存儲，將同一列數據存在一起查找速度快，可擴展性強，更容易進行分布式擴展功能相對局限分布式的文件系統。

文檔型數據庫，Key-Value對應的鍵值對，Value為結構化數據，數據結構要求不嚴格，表結構可變(不需要像關系型數據庫一樣需預先定義表結構)，查詢性能不高，而且缺乏統一的查詢語法，Web應用。

圖形(Graph)數據庫，圖結構，利用圖結構相關算法(如最短路徑尋址，N度關系查找等)，很多時候需要對整個圖做計算才能得出需要的信息，而且這種結構不太好做分布式的集群方案，社交網絡，推薦系統等。

什么是NoSQL數據庫？

2. 什么是NoSQL？

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。

NoSQL應用

而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，例如：

1、High performance - 對數據庫高并發讀寫的需求

web2.0網站要根據用戶個性化信息來實時生成動態頁面和提供動態信息，所以基本上無法使用動態頁面靜態化技術，因此數據庫并發負載非常高，往往要達到每秒上萬次讀寫請求。關系數據庫應付上萬次SQL查詢還勉強頂得住，但是應付上萬次SQL寫數據請求，硬盤IO就已經無法承受了。其實對于普通的BBS網站，往往也存在對高并發寫請求的需求。

2、Huge Storage - 對海量數據的高效率存儲和訪問的需求

對于大型的SNS網站，每天用戶產生海量的用戶動態，以國外的Friendfeed為例，一個月就達到了2.5億條用戶動態，對于關系數據庫來說，在一張2.5億條記錄的表里面進行SQL查詢，效率是極其低下乃至不可忍受的。再例如大型web網站的用戶登錄系統，例如騰訊，盛大，動輒數以億計的帳號，關系數據庫也很難應付。

3、High Scalability High Availability- 對數據庫的高可擴展性和高可用性的需求

在基于web的架構當中，數據庫是最難進行橫向擴展的，當一個應用系統的用戶量和訪問量與日俱增的時候，你的數據庫卻沒有辦法像web server和app server那樣簡單的通過添加更多的硬件和服務節點來擴展性能和負載能力。對于很多需要提供24小時不間斷服務的網站來說，對數據庫系統進行升級和擴展是非常痛苦的事情，往往需要停機維護和數據遷移，為什么數據庫不能通過不斷的添加服務器節點來實現擴展呢？

在上面提到的“三高”需求面前，關系數據庫遇到了難以克服的障礙，而對于web2.0網站來說，關系數據庫的很多主要特性卻往往無用武之地，例如：

1、數據庫事務一致性需求

很多web實時系統并不要求嚴格的數據庫事務，對讀一致性的要求很低，有些場合對寫一致性要求也不高。因此數據庫事務管理成了數據庫高負載下一個沉重的負擔。

2、數據庫的寫實時性和讀實時性需求

對關系數據庫來說，插入一條數據之后立刻查詢，是肯定可以讀出來這條數據的，但是對于很多web應用來說，并不要求這么高的實時性。

3、對復雜的SQL查詢，特別是多表關聯查詢的需求

任何大數據量的web系統，都非常忌諱多個大表的關聯查詢，以及復雜的數據分析類型的復雜SQL報表查詢，特別是SNS類型的網站，從需求以及產品設計角度，就避免了這種情況的產生。往往更多的只是單表的主鍵查詢，以及單表的簡單條件分頁查詢，SQL的功能被極大的弱化了。

因此，關系數據庫在這些越來越多的應用場景下顯得不那么合適了，為了解決這類問題的非關系數據庫應運而生。

NoSQL 是非關系型數據存儲的廣義定義。它打破了長久以來關系型數據庫與ACID理論大一統的局面。NoSQL 數據存儲不需要固定的表結構，通常也不存在連接操作。在大數據存取上具備關系型數據庫無法比擬的性能優勢。該術語在 2009 年初得到了廣泛認同。

當今的應用體系結構需要數據存儲在橫向伸縮性上能夠滿足需求。而 NoSQL 存儲就是為了實現這個需求。Google 的BigTable與Amazon的Dynamo是非常成功的商業 NoSQL 實現。一些開源的 NoSQL 體系，如Facebook 的Cassandra， Apache 的HBase，也得到了廣泛認同。

新聞名稱：論nosql數據庫的應用,典型的nosql數據庫
網頁URL：http://vcdvsql.cn/article40/dsdjoho.html

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