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(tǒng)的關系數據庫在應付web2.0網站，特別是超大規(guī)模和高并發(fā)的SNS類型的web2.0純動態(tài)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(fā)展。NoSQL數據庫的產生就是為了解決大規(guī)模數據集合多重數據種類帶來的挑戰(zhàn)，尤其是大數據應用難題，包括超大規(guī)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(qū)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(guī)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(tài)，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(fā)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(qū)容錯性) 可靠性

P: 系統(tǒng)中任意信息的丟失或失敗不會影響系統(tǒng)的繼續(xù)運作。

定理：任何分布式系統(tǒng)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(tǒng)不可能同時很好的滿足一致性，可用性和分區(qū)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(tǒng)，通常在可擴展性上不太強大。

CP - 滿足一致性，分區(qū)容忍性的系統(tǒng)，通常性能不是特別高。

AP - 滿足可用性，分區(qū)容忍性的系統(tǒng)，通?？赡軐σ恢滦砸蟮鸵恍?。

CAP理論就是說在分布式存儲系統(tǒng)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(qū)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(tǒng)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(tǒng)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。

為什么海量數據場景中NoSQL越來越重要

本質是因為：隨著互聯網的進一步發(fā)展與各行業(yè)信息化建設進程加快、參與者的增多，人們對軟件有了更多更新的要求，需要軟件不僅能實現功能，而且要求保證許多人可以共同參與使用，因而軟件所需承載的數據量和吞吐量必須達到相應的需求。而目前的關系型數據庫在某些方面有一些缺點，導致不能滿足需要。

具體則需要對比關系型數據庫與Nosql之間的區(qū)別可以得出

關系型數據庫

關系型數據庫把所有的數據都通過行和列的二元表現形式表示出來。

關系型數據庫的優(yōu)勢：

1.?保持數據的一致性（事務處理）

2.由于以標準化為前提，數據更新的開銷很小（相同的字段基本上都只有一處）

3.?可以進行Join等復雜查詢

其中能夠保持數據的一致性是關系型數據庫的最大優(yōu)勢。

關系型數據庫的不足：

不擅長的處理

1.?大量數據的寫入處理（這點尤為重要）

2.?為有數據更新的表做索引或表結構（schema）變更

3.?字段不固定時應用

4.?對簡單查詢需要快速返回結果的處理

--大量數據的寫入處理

讀寫集中在一個數據庫上讓數據庫不堪重負，大部分網站已使用主從復制技術實現讀寫分離，以提高讀寫性能和讀庫的可擴展性。

所以在進行大量數據操作時，會使用數據庫主從模式。數據的寫入由主數據庫負責，數據的讀入由從數據庫負責，可以比較簡單地通過增加從數據庫來實現規(guī)模化，但是數據的寫入卻完全沒有簡單的方法來解決規(guī)?；瘑栴}。

第一，要想將數據的寫入規(guī)模化，可以考慮把主數據庫從一臺增加到兩臺，作為互相關聯復制的二元主數據庫使用，確實這樣可以把每臺主數據庫的負荷減少一半，但是更新處理會發(fā)生沖突，可能會造成數據的不一致，為了避免這樣的問題，需要把對每個表的請求分別分配給合適的主數據庫來處理。

第二，可以考慮把數據庫分割開來，分別放在不同的數據庫服務器上，比如將不同的表放在不同的數據庫服務器上，數據庫分割可以減少每臺數據庫服務器上的數據量，以便減少硬盤IO的輸入、輸出處理，實現內存上的高速處理。但是由于分別存儲字不同服務器上的表之間無法進行Join處理，數據庫分割的時候就需要預先考慮這些問題，數據庫分割之后，如果一定要進行Join處理，就必須要在程序中進行關聯，這是非常困難的。

--為有數據更新的表做索引或表結構變更

在使用關系型數據庫時，為了加快查詢速度需要創(chuàng)建索引，為了增加必要的字段就一定要改變表結構，為了進行這些處理，需要對表進行共享鎖定，這期間數據變更、更新、插入、刪除等都是無法進行的。如果需要進行一些耗時操作，例如為數據量比較大的表創(chuàng)建索引或是變更其表結構，就需要特別注意，長時間內數據可能無法進行更新。

--字段不固定時的應用

如果字段不固定，利用關系型數據庫也是比較困難的，有人會說，需要的時候加個字段就可以了，這樣的方法也不是不可以，但在實際運用中每次都進行反復的表結構變更是非常痛苦的。你也可以預先設定大量的預備字段，但這樣的話，時間一長很容易弄不清除字段和數據的對應狀態(tài)，即哪個字段保存有哪些數據。

--對簡單查詢需要快速返回結果的處理? （這里的“簡單”指的是沒有復雜的查詢條件）

這一點稱不上是缺點，但不管怎樣，關系型數據庫并不擅長對簡單的查詢快速返回結果，因為關系型數據庫是使用專門的sql語言進行數據讀取的，它需要對sql與越南進行解析，同時還有對表的鎖定和解鎖等這樣的額外開銷，這里并不是說關系型數據庫的速度太慢，而只是想告訴大家若希望對簡單查詢進行高速處理，則沒有必要非使用關系型數據庫不可。

NoSQL數據庫

關系型數據庫應用廣泛，能進行事務處理和表連接等復雜查詢。相對地，NoSQL數據庫只應用在特定領域，基本上不進行復雜的處理，但它恰恰彌補了之前所列舉的關系型數據庫的不足之處。

優(yōu)點：

易于數據的分散

各個數據之間存在關聯是關系型數據庫得名的主要原因，為了進行join處理，關系型數據庫不得不把數據存儲在同一個服務器內，這不利于數據的分散，這也是關系型數據庫并不擅長大數據量的寫入處理的原因。相反NoSQL數據庫原本就不支持Join處理，各個數據都是獨立設計的，很容易把數據分散在多個服務器上，故減少了每個服務器上的數據量，即使要處理大量數據的寫入，也變得更加容易，數據的讀入操作當然也同樣容易。

典型的NoSQL數據庫

臨時性鍵值存儲（memcached、Redis）、永久性鍵值存儲（ROMA、Redis）、面向文檔的數據庫（MongoDB、CouchDB）、面向列的數據庫（Cassandra、HBase）

一、 鍵值存儲

它的數據是以鍵值的形式存儲的，雖然它的速度非?？欤旧现荒芡ㄟ^鍵的完全一致查詢獲取數據，根據數據的保存方式可以分為臨時性、永久性和兩者兼具 三種。

（1）臨時性

所謂臨時性就是數據有可能丟失，memcached把所有數據都保存在內存中，這樣保存和讀取的速度非?？?，但是當memcached停止時，數據就不存在了。由于數據保存在內存中，所以無法操作超出內存容量的數據，舊數據會丟失?？偨Y來說：

。在內存中保存數據

?？梢赃M行非?？焖俚谋４婧妥x取處理

。數據有可能丟失

（2）永久性

所謂永久性就是數據不會丟失，這里的鍵值存儲是把數據保存在硬盤上，與臨時性比起來，由于必然要發(fā)生對硬盤的IO操作，所以性能上還是有差距的，但數據不會丟失是它最大的優(yōu)勢?？偨Y來說：

。在硬盤上保存數據

?？梢赃M行非?？焖俚谋４婧妥x取處理（但無法與memcached相比）

。數據不會丟失

（3） 兩者兼?zhèn)?/p>

Redis屬于這種類型。Redis有些特殊，臨時性和永久性兼具。Redis首先把數據保存在內存中，在滿足特定條件（默認是?15分鐘一次以上，5分鐘內10個以上，1分鐘內10000個以上的鍵發(fā)生變更）的時候將數據寫入到硬盤中，這樣既確保了內存中數據的處理速度，又可以通過寫入硬盤來保證數據的永久性，這種類型的數據庫特別適合處理數組類型的數據?？偨Y來說：

。同時在內存和硬盤上保存數據

?？梢赃M行非?？焖俚谋４婧妥x取處理

。保存在硬盤上的數據不會消失（可以恢復）

。適合于處理數組類型的數據

二、面向文檔的數據庫

MongoDB、CouchDB屬于這種類型，它們屬于NoSQL數據庫，但與鍵值存儲相異。

（1）不定義表結構

即使不定義表結構，也可以像定義了表結構一樣使用，還省去了變更表結構的麻煩。

（2）可以使用復雜的查詢條件

跟鍵值存儲不同的是，面向文檔的數據庫可以通過復雜的查詢條件來獲取數據，雖然不具備事務處理和Join這些關系型數據庫所具有的處理能力，但初次以外的其他處理基本上都能實現。

三、?面向列的數據庫

Cassandra、HBae、HyperTable屬于這種類型，由于近年來數據量出現爆發(fā)性增長，這種類型的NoSQL數據庫尤其引入注目。

普通的關系型數據庫都是以行為單位來存儲數據的，擅長以行為單位的讀入處理，比如特定條件數據的獲取。因此，關系型數據庫也被成為面向行的數據庫。相反，面向列的數據庫是以列為單位來存儲數據的，擅長以列為單位讀入數據。

面向列的數據庫具有搞擴展性，即使數據增加也不會降低相應的處理速度（特別是寫入速度），所以它主要應用于需要處理大量數據的情況。另外，把它作為批處理程序的存儲器來對大量數據進行更新也是非常有用的。但由于面向列的數據庫跟現行數據庫存儲的思維方式有很大不同，故應用起來十分困難。

總結：關系型數據庫與NoSQL數據庫并非對立而是互補的關系，即通常情況下使用關系型數據庫，在適合使用NoSQL的時候使用NoSQL數據庫，讓NoSQL數據庫對關系型數據庫的不足進行彌補。

什么是數據庫的一致性？一致性弱意味著什么？NoSQL 的弱一致性又為什么是可以被接受的？

舉例說明如下：

銀行A賬戶向B賬戶匯款100元，數據庫執(zhí)行如下過程

從A賬戶減少100元，然后在B賬戶增加100元，這個過程稱為一個事務

但是：

如果從A賬戶減少100元后系統(tǒng)出故障了或者出現了其他意外造成B賬戶沒有增加100元（這種事情相信無論是誰遇到也會很無語吧？好吧言歸正傳）這種情況稱為事務不一致，因為一個事務沒有做完，所以數據庫會將整個過程回滾，你可以理解為就當什么事也沒發(fā)生過，這種回滾機制就是事務的一種特征，目的就是為了保持數據庫的數據庫的事務一致性。

nosql是什么

NoSQL，泛指非關系型的數據庫。隨著互聯網web2.0網站的興起，傳統(tǒng)的關系數據庫在應付web2.0網站，特別是超大規(guī)模和高并發(fā)的SNS類型的web2.0純動態(tài)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(fā)展。NoSQL數據庫的產生就是為了解決大規(guī)模數據集合多重數據種類帶來的挑戰(zhàn)，尤其是大數據應用難題。

雖然NoSQL流行語火起來才短短一年的時間，但是不可否認，現在已經開始了第二代運動。盡管早期的堆棧代碼只能算是一種實驗，然而現在的系統(tǒng)已經更加的成熟、穩(wěn)定。不過現在也面臨著一個嚴酷的事實：技術越來越成熟——以至于原來很好的NoSQL數據存儲不得不進行重寫，也有少數人認為這就是所謂的2.0版本。這里列出一些比較知名的工具，可以為大數據建立快速、可擴展的存儲庫。

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(fā)展至2009年趨勢越發(fā)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。

對于NoSQL并沒有一個明確的范圍和定義，但是他們都普遍存在下面一些共同特征：

不需要預定義模式：不需要事先定義數據模式，預定義表結構。數據中的每條記錄都可能有不同的屬性和格式。當插入數據時，并不需要預先定義它們的模式。

無共享架構：相對于將所有數據存儲的存儲區(qū)域網絡中的全共享架構。NoSQL往往將數據劃分后存儲在各個本地服務器上。因為從本地磁盤讀取數據的性能往往好于通過網絡傳輸讀取數據的性能，從而提高了系統(tǒng)的性能。

彈性可擴展：可以在系統(tǒng)運行的時候，動態(tài)增加或者刪除結點。不需要停機維護，數據可以自動遷移。

分區(qū)：相對于將數據存放于同一個節(jié)點，NoSQL數據庫需要將數據進行分區(qū)，將記錄分散在多個節(jié)點上面。并且通常分區(qū)的同時還要做復制。這樣既提高了并行性能，又能保證沒有單點失效的問題。

異步復制：和RAID存儲系統(tǒng)不同的是，NoSQL中的復制，往往是基于日志的異步復制。這樣，數據就可以盡快地寫入一個節(jié)點，而不會被網絡傳輸引起遲延。缺點是并不總是能保證一致性，這樣的方式在出現故障的時候，可能會丟失少量的數據。

BASE：相對于事務嚴格的ACID特性，NoSQL數據庫保證的是BASE特性。BASE是最終一致性和軟事務。

NoSQL數據庫并沒有一個統(tǒng)一的架構，兩種NoSQL數據庫之間的不同，甚至遠遠超過兩種關系型數據庫的不同?？梢哉f，NoSQL各有所長，成功的NoSQL必然特別適用于某些場合或者某些應用，在這些場合中會遠遠勝過關系型數據庫和其他的NoSQL。