(1.7)-NoSQL數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫應用與開發(fā)

8.2NoSQL數(shù)據(jù)庫8.2.1什么是NoSQL數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫應用和開發(fā)NoSQL是NotOnlySQL的縮寫，而不是NotSQL,它不一定遵循傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的一些基本要求，比如說遵循SQL標準、ACID屬性、表結構等等。它打破了關系型數(shù)據(jù)庫長久以來占主導地位的快速成長起來的非關系松散數(shù)據(jù)存儲類型，這種數(shù)據(jù)存儲不需要事先設計好的表結構，它也不會出現(xiàn)表之間的連接操作和水平分割，學術界稱這種數(shù)據(jù)庫為非結構化存儲。相比傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫，叫它分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)更貼切，數(shù)據(jù)存儲被簡化更靈活，重點被放在了分布式數(shù)據(jù)管理上。非關系型數(shù)據(jù)庫（NoSQL=NotOnlySQL）是傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫的功能縮減版本，即通過減少不常用或極少用到的功能來大幅度提高產(chǎn)品性能。其出現(xiàn)是由于大數(shù)據(jù)應用的興起，也為了解決現(xiàn)代社會中多重數(shù)據(jù)多種數(shù)據(jù)融合的問題。因此，在實際開發(fā)中，有很多業(yè)務其實并不需要完整的關系型數(shù)據(jù)庫功能，所以使用性能更高、成本更低的非關系型數(shù)據(jù)庫成為了更明智的選擇。8.2NoSQL數(shù)據(jù)庫8.2.1什么是NoSQL數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫應用和開發(fā)NoSQL數(shù)據(jù)庫的主要優(yōu)勢歸納如下：①易擴展：關系型數(shù)據(jù)庫并不擅長大量數(shù)據(jù)的寫入處理。原本關系型數(shù)據(jù)庫就是以JOIN為前提的，就是說，各個數(shù)據(jù)之間存在關聯(lián)是關系型數(shù)據(jù)庫得名的主要原因。為了進行JOIN處理，關系型數(shù)據(jù)庫不得不把數(shù)據(jù)存儲在同個服務器內，這不利于數(shù)據(jù)的分散。相反，NoSQL數(shù)據(jù)庫原本就不支持JOIN處理，各個數(shù)據(jù)都是獨立設計的，很容易把數(shù)據(jù)分散到多個服務器上。由于數(shù)據(jù)被分散到多個服務器上，減少了每個服務器上的數(shù)據(jù)量，即使要進行大量數(shù)據(jù)的寫入操作，處理起來也更容易。同理，數(shù)據(jù)的讀入操作當然也同樣容易；②靈活的數(shù)據(jù)模型:NoSQL無需事先為要存儲的數(shù)據(jù)建立字段，隨時可以存儲自定義的數(shù)據(jù)格式。適合在字段不固定的時候用，而在關系型數(shù)據(jù)庫里則要更改表結構。③高可用：NoSQL在不太影響性能的情況，就可以方便的實現(xiàn)高可用的架構。比如Cassandra，HBase模型，通過復制模型也能實現(xiàn)高可用。④大數(shù)據(jù)量，高性能：NoSQL數(shù)據(jù)庫都具有非常高的讀寫性能，尤其在大數(shù)據(jù)量下，同樣表現(xiàn)優(yōu)秀。這得益于它的無關系性，數(shù)據(jù)庫的結構簡單。8.2NoSQL數(shù)據(jù)庫8.2.2NoSQL數(shù)據(jù)庫的四大分類數(shù)據(jù)庫應用和開發(fā)類型簡介典型應用案例鍵值對這是最常見的NoSQL數(shù)據(jù)庫，它的數(shù)據(jù)是以鍵值的形式存儲的。雖然它的處理速度非?？?，但是基本上只能通過鍵查詢獲取數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)的保存方式可以分為臨時性、永久性和兩者兼具3種。圖像存儲基于鍵的文件系統(tǒng)對象緩存設計為可擴展的系統(tǒng)BerkeleyDBMemcacheRedis列族采用稀疏矩陣的形式，可以存儲關鍵字及其映射值，并且可以把值分成多個列族，讓每個列族代表一張數(shù)據(jù)映射表。網(wǎng)絡爬蟲的結果大數(shù)據(jù)的問題軟一致性CassandraHBaseRiak圖存儲圖數(shù)據(jù)庫可存放實體及實體間關系。實體也叫“節(jié)點”(node)，它們具有屬性(property)。可將節(jié)點視為應用程序中某對象的實例。關系又叫“邊”(edge)，它們也有屬性。邊具備方向性(directionalsignificance)，而節(jié)點則按關系組織起來，以便在其中查找所需模式。用圖將數(shù)據(jù)一次性組織好，稍后便可根據(jù)“關系”以不同方式解讀它。社交網(wǎng)絡欺詐偵測強關聯(lián)的數(shù)據(jù)Neo4jInfiniteGraphAllegroGraph文檔存儲“文檔”(document)是文檔存儲數(shù)據(jù)庫中的主要概念。此類的數(shù)據(jù)庫可存放并獲取文檔，其格式可以是XML、JSON、BSON等。這些文檔具備自述性(self-describing)，呈現(xiàn)分層的樹狀數(shù)據(jù)結構(hierarchicaltreedatastructure)，可以包含映射表、集合和純量值。數(shù)據(jù)庫中的文檔彼此相似，但不必完全相同。文檔數(shù)據(jù)庫所存放的文檔，就相當于鍵值數(shù)據(jù)庫所存放的“值”。文檔數(shù)據(jù)庫可視為其值可查的鍵值數(shù)據(jù)庫。高度變化的數(shù)據(jù)文檔搜索集成中心互聯(lián)網(wǎng)內容管理出版物MongoDBCouchDBNoSQL應用采用很多數(shù)據(jù)存儲類型（不同的數(shù)據(jù)庫）。有簡單的表現(xiàn)鍵值關系的鍵值存儲、表現(xiàn)關聯(lián)關系的圖存儲、用以存儲可變數(shù)據(jù)的文檔存儲，每一種NoSQL數(shù)據(jù)存儲類型都有其獨特的屬性和使用場景。8.2NoSQL數(shù)據(jù)庫8.2.3主流NoSQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應用和開發(fā)

對于NoSQL系統(tǒng)的使用者來說，其中一個挑戰(zhàn)就是從眾多不同的NoSQL數(shù)據(jù)庫類別中選擇一個合適的架構模式。本節(jié)將介紹7種主流的NoSQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并對比這幾種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特性和最佳應用場景。8.2NoSQL數(shù)據(jù)庫8.2.3主流NoSQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應用和開發(fā)

CouchDB是一個文檔型數(shù)據(jù)庫服務器。于現(xiàn)在流行的關系數(shù)據(jù)庫服務器不同，CouchDB是圍繞一系列語義上自包含的文檔而組織的。CouchDB中的文檔是沒有模式的(schemafree),也就是說并不要求文檔具有某種特定的結構。CouchDB的這種特性使得相對于傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫而言，有自己的適用范圍。一般來說，圍繞文檔來構建的應用都比較適合使用CouchDB作為其后臺存儲。CouchDB強調其中所存儲的文檔，在語義上是自包含的。這種面向文檔的設計思路，更貼近很多應用的問題域的真實情況。對于這類應用，使用CouchDB的文檔來進行建模，會更加自然和簡單。與此同時，CouchDB也提供基于MapReduce編程模型的視圖來對文檔進行查詢，可以提供類似于關系數(shù)據(jù)庫中SQL語句的能力。CouchDB對于很多應用來說，提供了關系數(shù)據(jù)庫之外的更好的選擇。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)適用于數(shù)據(jù)變化較少，執(zhí)行預定義查詢，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計的應用程序。適用于需要提供數(shù)據(jù)版本支持的應用程序。

Redis是一個開源的和高級的鍵值對存儲系統(tǒng)。它支持存儲多種value類型，不僅包括基本的String類型，還包括List、Set、Zset和Hash類型。這種數(shù)據(jù)類型都支持push/pop、add/remove及取交集、并集、差集和其他豐富的操作，而且這些操作都是原子性的。在此基礎上，Redis支持各種不同方式的排序。為了保證效率，Redis中的數(shù)據(jù)都是緩存在內存中的。根據(jù)實際運行中的配置，Redis會周期性的把數(shù)據(jù)寫入磁盤或者把修改操作寫入追加的記錄文件，并且在此基礎上實現(xiàn)了master-slave（主從）同步。Redis支持很多語言的客戶端調用，如Python、Ruby、Erlang和PHP，使用很方便。另外，Redis的代碼遵循ANSIC標準，可以在支持Posix標準的系統(tǒng)上安裝運行，如Linux和BSD等，Windows上還不能正式支持。該數(shù)據(jù)庫適用于數(shù)據(jù)變化快且數(shù)據(jù)庫大小可預見（適合內存容量）的應用程序。1.CouchDB2.Redis8.2NoSQL數(shù)據(jù)庫8.2.3主流NoSQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應用和開發(fā)3.MongoDB

MongoDB是10gen公司開發(fā)的一款以高性能和可擴展性為特征的開源軟件，它是NoSQL中面向文檔的數(shù)據(jù)庫。它是一個介于關系數(shù)據(jù)庫和非關系數(shù)據(jù)庫之間的產(chǎn)品，是非關系數(shù)據(jù)庫當中功能最豐富，最像關系數(shù)據(jù)庫的。他支持的數(shù)據(jù)結構非常松散，是類似JSON的BSON格式，因此可以存儲比較復雜的數(shù)據(jù)類型。MongoDB最大的特點是它支持的查詢語言非常強大，其語法有點類似于面向對象的查詢語言，幾乎可以實現(xiàn)類似關系數(shù)據(jù)庫單表查詢的絕大部分功能，而且還支持對數(shù)據(jù)簡歷索引。它是一個面向集合的，模式自由的文檔型數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫適用于需要動態(tài)查詢支持；需要使用索引而不是map/reduce功能；需要對大數(shù)據(jù)庫有性能要求；需要使用CouchDB但因為數(shù)據(jù)改變太頻繁而占滿內存的應用程序。4.HBase

HBase是建立在HDFS上的，它提供高可靠性、高性能、列存儲和可伸縮性、實時讀寫的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它介于NoSQL和RDBMS之間，僅能通過主鍵（rowkey）和主鍵的range來檢索數(shù)據(jù)，僅支持單行事務（可通過hive支持來實現(xiàn)多表join等復雜操作）。主要用來存儲非結構化和半結構化的松散數(shù)據(jù)。Hbase中的表一般有這樣的特點：1）大：一個表可以有上億行，上百萬列。2）面向列：面向列（族）的存儲和權限控制，列（族）獨立檢索。3）稀疏：對于空（null）的列，并不占用存儲空間，因此，表可以設計的非常稀疏。該數(shù)據(jù)庫需要對大數(shù)據(jù)進行隨機、實時訪問的場合。8.2NoSQL數(shù)據(jù)庫8.2.3主流NoSQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應用和開發(fā)5.Riak6.Membase

Riak是一個分布式的NoSQLkey-value數(shù)據(jù)存儲，提供高可用、容錯性、操作簡便性和可擴展性。除了開源版本，它還支持企業(yè)版和云存儲的版本。Riak實施原則來自于Amazond的Dynamo的論文，并受到CAP理論的深遠影響。在Erlang中，Riak具有容錯數(shù)據(jù)復制和整個集群的自動數(shù)據(jù)分發(fā)功能。Riak采用免費授權模式：開源的版本有Riak和RiakCS,但是用戶也需要為額外的功能和支持付費。Riak具有可插拔的后端，用于其核心存儲，默認存儲后端為Bitcask,并支持LevelDB。該數(shù)據(jù)庫適用于想使用類似Cassandra（類似Dynamo）數(shù)據(jù)庫但無法處理bloat及復雜性的情況。適用于想做多站點復制，但又需要對單個站點的擴展性、可用性及出錯處理有要求的情況。

Membase是針對交互式應用程序進行了優(yōu)化的一種開源的，分布式（無共享架構）多模型的面向文檔的NoSQL數(shù)據(jù)庫。這些應用程序可以通過創(chuàng)造、存儲、檢索、聚合、操縱和呈現(xiàn)數(shù)據(jù)為許多用戶并非用戶提供服務。為了支持這些應用需求，Membase旨在提供易擴展的鍵值或者JSON文檔訪問，具有低延遲和高吞吐量。它被設計為能夠滿足從單個機器集群到跨越許多機器的大規(guī)模部署。該數(shù)據(jù)庫適用于需要低延遲數(shù)據(jù)訪問，高并發(fā)支持以及高可用性的應用程序。8.2NoSQL數(shù)據(jù)庫8.2.3主流NoSQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應用和開發(fā)7.Neo