NoSQL入门------关于NoSQL

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关于NoSQL的专栏申请了可能快一年了,也没有填充一篇文章,今天看到,还是先写一篇放进去吧。现在应用NoSQL的人也非常多了,大家可能都不再陌生了,中文方面的资料已经漫天飞舞了。但是查看知乎中 NoSQL 相关话题的回答数却寥寥无几。可能是大家都更多的去关注相关实际技术的应用了,而忽略了这一概念的本质。


什么是NoSQL?

百度百科中:NoSQL,泛指非关系型的数据库。中文名:非关系型数据库,外文名:NoSQL=Not Only SQL

看 Wikipedia中:NoSQL (originally referring to "non SQL" or "non relational") database provides a mechanism for storage and retrieval of data which is modeled in means other than the tabular relations used in relational databases.

NoSQL(最初指的"非 SQL"或"非关系")数据库提供了一种机制用于存储和检索模型中的数据,不同于关系数据库中使用的表格关系的方式。

再看Wiki中参考的NoSQL终极指南(nosql-database.org中说的:NoSQL DEFINITION:
Next Generation Databases mostly addressing some of the points: being non-relational, distributed, open-source and horizontally scalable.

NoSQL的定义:下一代数据库主要是解决一些要点:非关系型,分布式的,开放源码支持横向扩展

The original intention has been modern web-scale databases. The movement began early 2009 and is growing rapidly. Often more characteristics apply such as: schema-free, easy replication support, simple API, eventually consistent / BASE (not ACID), a huge amount of data and more. So the misleading term "nosql" (the community now translates it mostly with "not only sql") should be seen as an alias to something like the definition above. 

初衷是现代网络规模的数据库。
该运动始于2009年初,并正在迅速增长。
通常都支持的特性(共同特征),如:无架构开放架构(不需要预定义模式),易于复制,简单的API,最终一致/ 基础(不支持ACID特性),支持海量数据存储。
所以,误导性术语“的NoSQL”(现在社会把它翻译大多为“不仅是SQL”),应被视为类似于上面的定义的别名。


前世今生

NoSQL最近几年才火起来,并且快速增长,那么它从什么时候开始有的呢?

Such databases have existed since the late 1960s, but did not obtain the "NoSQL" moniker until a surge of popularity in the early twenty-first century。

早啦,从60年代后期这样的数据库已经存在,但并没有取得“NoSQL”的绰号。

只是以前的应用场景更适合使用关系型的数据库,所以NoSQL类型的数据库不被大多数人需要,不被大多数人所知。

NoSQL一词最早出现于1998年,它是Carlo Strozzi开发的一个轻量、开源、不提供SQL功能的关系型数据库(他认为,由于NoSQL悖离传统关系数据库模型,因此,它应该有一个全新的名字,比如“NoREL”或与之类似的名字)。
  2009年,Last.fm的Johan Oskarsson发起了一次关于分布式开源数据库的讨论,来自Rackspace的Eric Evans再次提出了NoSQL的概念,这时的NoSQL主要指非关系型、分布式、不提供ACID的数据库设计模式。
  2009年在亚特兰大举行的“no:sql(east)”讨论会是一个里程碑,其口号是"select fun, profit from real_world where relational=false;"。因此,对NoSQL最普遍的解释是“非关系型的”,强调键值存储和文档数据库的优点,而不是单纯地反对关系型数据库。


诞生的原因

随着互联网web2.0网站的兴起,传统的关系数据库在应付web2.0网站,特别是超大规模和高并发的SNS类型的web2.0纯动态网站已经显得力不从心,暴露了很多难以克服的问题,而非关系型的数据库则由于其本身的特点得到了非常迅速的发展。NoSQL数据库的产生就是为了解决大规模数据集合多重数据种类带来的挑战,尤其是大数据应用难题。


NoSQL数据库的四大分类

键值(Key-Value)存储数据库

这一类数据库主要会使用到一个哈希表,这个表中有一个特定的键和一个指针指向特定的数据。Key/value模型对于IT系统来说的优势在于简单、易部署。但是如果DBA只对部分值进行查询或更新的时候,Key/value就显得效率低下了。[3]  举例如:Tokyo Cabinet/Tyrant, Redis, Voldemort, Oracle BDB.

列存储数据库。

这部分数据库通常是用来应对分布式存储的海量数据。键仍然存在,但是它们的特点是指向了多个列。这些列是由列家族来安排的。如:Cassandra, HBase, Riak.

文档型数据库

文档型数据库的灵感是来自于Lotus Notes办公软件的,而且它同第一种键值存储相类似。该类型的数据模型是版本化的文档,半结构化的文档以特定的格式存储,比如JSON。文档型数据库可 以看作是键值数据库的升级版,允许之间嵌套键值。而且文档型数据库比键值数据库的查询效率更高。如:CouchDB, MongoDb. 国内也有文档型数据库SequoiaDB,已经开源。

图形(Graph)数据库

图形结构的数据库同其他行列以及刚性结构的SQL数据库不同,它是使用灵活的图形模型,并且能够扩展到多个服务器上。NoSQL数据库没有标准的查询语言(SQL),因此进行数据库查询需要制定数据模型。许多NoSQL数据库都有REST式的数据接口或者查询API。[2]  如:Neo4J, InfoGrid, Infinite Graph.

因此,我们总结NoSQL数据库在以下的这几种情况下比较适用:1、数据模型比较简单;2、需要灵活性更强的IT系统;3、对数据库性能要求较高;4、不需要高度的数据一致性;5、对于给定key,比较容易映射复杂值的环境。


四大分类对比分析



共同特征

  ·简单数据模型。不同于分布式数据库,大多数NoSQL系统采用更加简单的数据模型,这种数据模型中,每个记录拥有唯一的键,而且系统只需支持单记录级别的原子性,不支持外键和跨记录的关系。这种一次操作获取单个记录的约束极大地增强了系统的可扩展性,而且数据操作就可以在单台机器中执行,没有分布式事务的开销。

  ·元数据和应用数据的分离。NoSQL数据管理系统需要维护两种数据:元数据和应用数据。元数据是用于系统管理的,如数据分区到集群中节点和副本的映射数据。应用数据就是用户存储在系统中的商业数据。系统之所以将这两类数据分开是因为它们有着不同的一致性要求。若要系统正常运转,元数据必须是一致且实时的,而应用数据的一致性需求则因应用场合而异。因此,为了达到可扩展性,NoSQL系统在管理两类数据上采用不同的策略。还有一些NoSQL系统没有元数据,它们通过其他方式解决数据和节点的映射问题。

  ·弱一致性。NoSQL系统通过复制应用数据来达到一致性。这种设计使得更新数据时副本同步的开销很大,为了减少这种同步开销,弱一致性模型如最终一致性和时间轴一致性得到广泛应用。

  通过这些技术,NoSQL能够很好地应对海量数据的挑战。相对于关系型数据库,NoSQL数据存储管理系统的主要优势有:

  ·避免不必要的复杂性。关系型数据库提供各种各样的特性和强一致性,但是许多特性只能在某些特定的应用中使用,大部分功能很少被使用。NoSQL系统则提供较少的功能来提高性能。

  ·高吞吐量。一些NoSQL数据系统的吞吐量比传统关系数据管理系统要高很多,如Google使用MapReduce每天可处理20PB存储在Bigtable中的数据。

  ·高水平扩展能力和低端硬件集群。NoSQL数据系统能够很好地进行水平扩展,与关系型数据库集群方法不同,这种扩展不需要很大的代价。而基于低端硬件的设计理念为采用NoSQL数据系统的用户节省了很多硬件上的开销。

  ·避免了昂贵的对象-关系映射。许多NoSQL系统能够存储数据对象,这就避免了数据库中关系模型和程序中对象模型相互转化的代价。

主要缺点

虽然NoSQL数据库提供了高扩展性和灵活性,但是它也有自己的缺点,主要有:

  ·数据模型和查询语言没有经过数学验证。SQL这种基于关系代数和关系演算的查询结构有着坚实的数学保证,即使一个结构化的查询本身很复杂,但是它能够获取满足条件的所有数据。由于NoSQL系统都没有使用SQL,而使用的一些模型还未有完善的数学基础。这也是NoSQL系统较为混乱的主要原因之一。

  ·不支持ACID特性。这为NoSQL带来优势的同时也是其缺点,毕竟事务在很多场合下还是需要的,ACID特性使系统在中断的情况下也能够保证在线事务能够准确执行。

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  1. ACID,指数据库事务正确执行的四个基本要素的缩写。包含:原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)、持久性(Durability)。一个支持事务(Transaction)的数据库,必需要具有这四种特性,否则在事务过程(Transaction processing)当中无法保证数据的正确性,交易过程极可能达不到交易方的要求。  
   ·功能简单。 大多数NoSQL系统提供的功能都比较简单,这就增加了应用层的负担。例如如果在应用层实现ACID特性,那么编写代码的程序员一定极其痛苦。

  ·没有统一的查询模型。NoSQL系统一般提供不同查询模型,这一定程度上增加了开发者的负担。

结束语

NoSQL最初或许只是一个噱头,但随着Web 2.0的举起,对非关系型数据库的需求迅猛增加,随之相关的数据库如雨后春笋般快速成长起来,而这时做为与关系型数据库对立的或者说在它们之上的一个群体,用什么来代表呢?NoSQL闪亮登场。

参考:

百度百科词条:NoSQL

Wikipedia:NoSQL

大数据管理系统:NoSQL数据库前世今生

NoSQL终极指南(nosql-database.org

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