NoSQL非关系型数据库技术和应用培训课件

1 基础理论与架构分类
5）异步复制：和RAID存储系统不同的是，NoSQL中的 复制，往往是基于日志的异步复制。这样，数据就可以尽快地 写入一个节点，而不会被网络传输引起迟延。缺点是并不总是 能保证一致性，这样的方式在出现故障的时候，可能会丢失少 量的数据；
6）BASE：相对于事务严格的ACID特性，NoSQL数据库 保证的是BASE特性。
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NoSQL共同特征： 1）不需要预定义模式：不需要事先定义数据模式，预定 义表结构。数据中的每条记录都可能有不同的属性和格式，当 插入数据时，并不需要预先定义它们的模式； 2）无共享架构：相对于将所有数据存储的存储区域网络 中的全共享架构，NoSQL往往将数据划分后存储在各个本地服 务器上。因为从本地磁盘读取数据的性能往往好于通过网络传 输读取数据的性能，从而提高了系统的性能；
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表1 CAP理论应用及实例
选择 一致性+可用性 一致性+分区容忍性
特征 2PC缓存验证
乐观锁
实例
单机数据库、集群数据 库、LDAP、xFS
分布式系统、分布式锁 、大部分的协议
可用性+分区容忍性
冲突解决，乐 观化
Coda（分布式档案系统 ）、网络缓存、DNS
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BASE思想实际上是CAP理论中AP的衍伸。它通过牺牲高 一致性，保证高可用性和分区容忍性。
BASE思想的组成有以下3个部分：基本可用、软状态、 最终一致性。BASE模式指的是一个应用在任意时间首先应该 能完成最基本化的工作（即基本可用），并不需要总是一致（ 即软状态），但最终应该是一致（即最终一致性）的。ACID 和BASE应该被看作同一范畴内的互相补充品，而不是替代品 。
表2 CAP理论数据库应用实例Leabharlann Baidu功能分类
选择 一致性+可用性 一致性+分区容忍性 可用性+分区容忍性
例子
MySQL Vertica BigTable HBase MongoDB Dynamo Cassandra
对应功能分类
关系型数据库 列存储数据库 列存储数据库 列存储数据库 文档型数据库 键值存储数据库 列存储数据库
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BASE理论： 传统ACID模式对于数据的属性要求非常高，在分布式系 统中比较难以达到。所以在CAP理论的基础上，提出了BASE 思想，对一致性进行概化处理。要解释BASE思想，首先要对 ACID有一个了解，因为BASE是相对于DBMS中的ACID所提 出来的新思想。
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NoSQL非关系型数据库 技术和应用
CONTENTS
C目 录 ONTENTS
1 基础理论与架构分类 2 部署方案与性能分析 3 发展现状与未来趋势
1 基础理论与架构分类
NoSQL数据库是非关系型数据存储的广义定义，它不同 于符合ACID理论的关系型数据库，数据存储不需要固定的表 结构，通常也不存在连接操作。NoSQL数据库不使用传统的关 系数据库模型，而是使用如键值存储数据库、列存储数据库、 文档型数据库、图形数据库等方式存储数据模型。
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3）弹性可扩展：可以在系统运行的时候，动态增加或者 删除结点。不需要停机维护，数据可以自动迁移；
4）分区：相对于将数据存放于同一个节点，NoSQL数据 库需要将数据进行分区，将记录分散在多个节点上面。并且通 常分区的同时还要做复制。这样既提高了并行性能，又能保证 没有单点失效的问题；
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表3 BASE与ACID的优缺点对比
ACID 高度一致 高度分割化 着重于“提交” 网状事务 弱可用性
较保守 扩展性不强
BASE 弱一致，仅需要针对性数据
可用性第一位 一般注重 较为激进 注重可用性 更简单
更快，更具有扩展性
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NoSQL大致可以分为四类，分别为键值存储数据库、列 存储数据库、文档型数据库和图形数据库。
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NoSQL适用情况： 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。
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CAP理论： CAP解释为一致性（consistency）、可用性（availability ）和分区容忍性（partition tolerance）。 一致性：一个数据系统如何处理读写操作的一致性问题 。分布式系统对于一致性的要求为当更新写入操作完成时，其 余读取操作需要及时看到数据的更新；
ACID指的是传统数据库对于数据特性的要求。 原子性：即事务执行作为原子，不可再分离，整个语句 要么执行，要么不执行，不可能停在中间某个环节； 一致性：在事务开始之前和事务结束之后，数据库的完 整性约束没有被破坏； 隔离性：两个事务的执行互不干扰，也不会发生交互， 一个事务不可能看到其他事务运行时中某一时刻的数据； 持久性：在事务完成以后，该事务对数据库所做的更改 便持久地保存在数据库之中，并不会被回滚。
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在数据库系统中，事务的ACID属性保证了数据库的一致 性，如银行系统中，付款就是一个事务，从原账户扣除金额以 及向目标账户添加金额，这两个数据库操作的总和构成一个完 整的逻辑过程，为原子操作不可拆分，从而保证了整个系统中 的总金额没有变化。
但是ACID特性对于大型的分布式系统来说，与高性能是 不兼容的。如在线购买商品的时候，任何一个人购物的过程都 为一个原子操作，不允许存在两个人同时进行购物的情况。很 明显对于绝大多数在线商城，这个方法并不适用。
键值存储数据库 键值存储典型实现的数据结构一般为数组链表：先通过 通过hash算法得出hashcode，找到数组的某一个位置，然后插 入链表的第一个位置。
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可用性：一个系统能够持续不间断使用的问题。严格定 义上的高性能可用性意味着一个系统从设计到实施都应该能够 提供可持续的操作；
分区容忍性：一个系统在提供持续性操作时分区处理的 能力。一旦开始将数据和逻辑分布在不同的节点上，就有形成 分区的风险。假定网线被切断，就形成分区，在不同分区的节 点A和节点B无法通信。由于Web提供的这种分布式能力，临时 的分区是一个常见的情况，处理这种情况就属于分区容忍性。