前言
近幾年NoSQL數(shù)據(jù)庫興起，各種新的產(chǎn)品層出不窮，在此學(xué)習(xí)下NoSQL的基本理論，并認(rèn)識下常見的NoSQL數(shù)據(jù)庫。
一 NoSQL數(shù)據(jù)庫興起的原因
隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)興起和Web2.0時代的到來。傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫需求了。
無法滿足的需求主要有3點(diǎn):
- 海量數(shù)據(jù)的存儲與管理 （傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫已經(jīng)無法支撐）
- 大數(shù)據(jù)量下的并發(fā)性 （傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫嚴(yán)格的事務(wù)機(jī)制導(dǎo)致了海量數(shù)據(jù)的操作會導(dǎo)致大范圍的數(shù)據(jù)鎖定，降低并發(fā)性）
- 高可用性，高擴(kuò)展性（用戶更關(guān)注是否功能可用。海量數(shù)據(jù)需要橫向擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫滿足需求，縱向已經(jīng)無法滿足）
與之相比原本關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)不被許多公司所需要，主要也有3點(diǎn)：
- 嚴(yán)格的數(shù)據(jù)庫事務(wù)（如微信，新浪微博等互聯(lián)網(wǎng)公司，丟失一條消息等，ACID的實(shí)現(xiàn)與否并不是很重要）
- 嚴(yán)格的讀寫實(shí)時性（同理，一條消息服務(wù)器寫入后，其他人是否立即看到并不太重要）
- 復(fù)雜的條件查詢（為了節(jié)約硬件存儲空間降低冗余，傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫會將各種信息分表存儲，但是現(xiàn)在硬件性能已經(jīng)足夠?qū)⑿畔⑷看鎯?。并不太需要?fù)雜的多表查詢操作）
為了滿足大數(shù)據(jù)量下的業(yè)務(wù)需求，傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫也發(fā)展出多種技術(shù)手段，但是最終事實(shí)證明NoSQL數(shù)據(jù)庫才是最適合的選擇。傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的解決方案經(jīng)歷了如下幾個階段：
- 主從復(fù)制，實(shí)現(xiàn)讀寫分離。設(shè)置一個主服務(wù)器，若干從服務(wù)器。主服務(wù)器負(fù)責(zé)寫操作，并實(shí)時復(fù)制修改內(nèi)容到從服務(wù)器上。從服務(wù)器負(fù)責(zé)讀操作。（但是對于寫請求的負(fù)擔(dān)仍然無法解決）
- 分庫，分流一部分請求。分庫又分為橫向分庫和縱向分庫，橫向分庫即將不同業(yè)務(wù)維度的數(shù)據(jù)庫拆分開來，服務(wù)器根據(jù)業(yè)務(wù)場景，查詢不同數(shù)據(jù)庫。縱向分庫即將數(shù)據(jù)行按照一定的規(guī)律分別存儲到不同數(shù)據(jù)庫內(nèi)。如：根據(jù)hash，根據(jù)生產(chǎn)時間等。（但是導(dǎo)致了不同庫之間不能直接查詢，且仍然無法滿足更大的數(shù)據(jù)要求）
- 分表，類似于分庫。通過橫向或者縱向切分表。
二 NoSQL數(shù)據(jù)庫的四大類型
分別是 ：
- 鍵值數(shù)據(jù)庫
- 列族數(shù)據(jù)庫
- 文檔數(shù)據(jù)庫
- 圖數(shù)據(jù)庫
2.1 普遍的特性（優(yōu)點(diǎn)）
- 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靈活。（傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有嚴(yán)格的字段要求，且后續(xù)修改復(fù)雜）
- 可擴(kuò)展性強(qiáng)（容易橫向擴(kuò)展，支持分布式，且擴(kuò)展的復(fù)雜度不高，對比傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展非常復(fù)雜）
- 支持高并發(fā)操作。
2.2 各自的特性
- 鍵值數(shù)據(jù)庫。是鍵值對的存儲數(shù)據(jù)庫。
- 優(yōu)點(diǎn)：適合大量寫操作。
- 缺點(diǎn)：但是存儲的數(shù)據(jù)沒有結(jié)構(gòu)化，復(fù)雜查詢效率低。
- 應(yīng)用：常用做內(nèi)容緩存。
- 代表產(chǎn)品：Redis，Memcached
- 列族數(shù)據(jù)庫，底層基于列族進(jìn)行存儲的數(shù)據(jù)庫。（查找時，基于行鍵列族查找，可以看做鍵值數(shù)據(jù)庫的變種）
- 優(yōu)點(diǎn)：查詢速度快，橫向擴(kuò)展性尤其好，適合分布式系統(tǒng)，屏蔽了分布式的復(fù)雜性。
- 缺點(diǎn)：功能簡單，大都不支持事務(wù)一致性。（Hadoop的HBase是支持的）
- 應(yīng)用：分布式的數(shù)據(jù)存儲。
- 代表產(chǎn)品：Cassandra，HBase
- 文檔數(shù)據(jù)庫，基于鍵存儲文檔。（也可看做鍵值數(shù)據(jù)庫的變種）
- 優(yōu)點(diǎn)：半結(jié)構(gòu)化，數(shù)據(jù)格式可以自解釋，如：JSON,XML。因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常靈活，且并發(fā)性高。
- 缺點(diǎn)：缺乏統(tǒng)一的查詢語法
- 應(yīng)用：存儲文檔型數(shù)據(jù)，半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。
- 代表產(chǎn)品：MongoDB，CouchDB
- 圖數(shù)據(jù)庫，基于圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫。
- 優(yōu)點(diǎn)：支持復(fù)雜的圖算法與關(guān)系圖譜
- 缺點(diǎn)：只適合圖和關(guān)系的應(yīng)用領(lǐng)域，其他領(lǐng)域性能較差。
- 應(yīng)用：復(fù)雜圖結(jié)構(gòu)，如社交網(wǎng)絡(luò)，關(guān)系圖譜。
- 代表產(chǎn)品：Neo4J，InfoGrid
三 NoSQL數(shù)據(jù)庫的三大基石
3.1 CAP理論三個特性
- C：一致性（任何一個讀操作總是能讀取到之前完成的寫操作結(jié)果）
- A：可用性（每一個操作總是能夠在確定的時間內(nèi)返回，也就是系統(tǒng)隨時都是可用的）
- P：分區(qū)容忍性（出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，整個系統(tǒng)仍然可用）
經(jīng)過證明，一個分布式系統(tǒng)不能同時滿足三個特性，最多滿足兩個。
傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫滿足了CA，放棄了P。因此擴(kuò)展困難。而現(xiàn)在大部分互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都是分布式系統(tǒng)，不可能放棄P特性。
通俗的解釋下為何只能同時滿足兩個特性：
假設(shè)同時滿足C和A和P。P保證了系統(tǒng)存在不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，那么為了保證C，系統(tǒng)會嘗試與其他的節(jié)點(diǎn)同步數(shù)據(jù)信息，但是出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題導(dǎo)致系統(tǒng)分區(qū)時（即節(jié)點(diǎn)無法互相通信），會導(dǎo)致同步無法立刻完成，這樣就無法滿足A了。
此時只需要去除一個特性即可：
- 去除P，保留CA。則沒有了網(wǎng)絡(luò)通信問題，在實(shí)現(xiàn)C數(shù)據(jù)一致性時，可以很快的完成，也保證了A。
- 去除A，保留CP。則不要求立刻完成，在實(shí)現(xiàn)C數(shù)據(jù)一致性時，即使出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)分區(qū)P，也可以慢慢等待。
- 去除C，保留AP。則不需要保證數(shù)據(jù)一致性了，即使網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)分區(qū)，各個節(jié)點(diǎn)都能單獨(dú)運(yùn)行，保證了用戶可用(反正系統(tǒng)已經(jīng)不在乎各個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的一致了)。
3.2 BASE理論
BASE模型反ACID模型，完全不同ACID模型，犧牲高一致性，獲得可用性。
- BA：基本可用。一部分分區(qū)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)仍然可用,主要保證核心功能可用。（電商大促時，為了應(yīng)對訪問量激增，部分用戶可能會被引導(dǎo)到降級頁面，服務(wù)層也可能只提供降級服務(wù)。這就是損失部分可用性的體現(xiàn)）
- S：軟狀態(tài)。數(shù)據(jù)的一致性要求降低，可以一段時間不滿足一致性。相對應(yīng)的是硬狀態(tài)。（分布式存儲中一般一份數(shù)據(jù)至少會有三個副本，允許不同節(jié)點(diǎn)間副本同步的延時就是軟狀態(tài)的體現(xiàn)。mysql replication的異步復(fù)制也是一種體現(xiàn)。）
- E：最終一致性。弱一致性，后續(xù)操作無法立刻獲取更新的信息。相對應(yīng)的是強(qiáng)一致性。最終一致性是特殊的弱一致性，只保證了。
3.3 最終一致性
（明明BASE就包含了最終一致性，不知道書中為何又將它單獨(dú)列為三大理論基礎(chǔ)之一）
