NoSQL非关系型数据库技术和应用培训课件
NoSQL数据库PPT
3、对复杂的SQL查询，特别是多表关联查询的需求。任何 大数据量的web系统，都非常忌讳多个大表的关联查询， 以及复杂的数据分析类型的复杂SQL报表查询，特别是 SNS类型的网站，从需求以及产品设计角度，就避免了这 种情况的产生。往往更多的只是单表的主键查询，以及单 表的简单条件分页查询，SQL的功能被极大的弱化了。
web2.0网站要根据用户个性化信息来实时生成动态页面和提 供动态信息，所以基本上无法使用动态页面静态化技术，因SQL查询还勉强顶得住，但是应付上 万次SQL写数据请求，硬盘IO就已经无法承受了。其实对于 普通的BBS网站，往往也存在对高并发写请求的需求。
4.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.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。
3.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。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。
NoSQL数据库
14信管一班2组23殷月园
内容大纲
NoSQL技术培训
• 数据库的可扩展性
–分布式数据库：Cassandra、MongoDB
没有完美的技术，NoSQL也存在着它的不足： • NoSQL的技术架构通常只提供较弱的一致性保障，如 最终一致性或者单一数据对象的事务约束。
• 绝大多数NoSQL只能提供简单的查询，无法进行多表 联合查询等复杂的查询操作。
• 大部分NoSQL的替代品都还处于前-生产环境阶段,还 有大量的关键特性有待实现. • 功能相对贫乏，NoSQL数据库大部分功能集仅仅旨在 满足现代的Web 2.0应用的需求。在一些要求事务一 致性较高、业务逻辑比较复杂或者一些需要复杂分析 查询的环境中，NoSQL难以担当重任。
• ers.find({last_name: 'Smith'}, {'ssn': 1});
– Select ssn from users where last_name=‘Smith’;
• ers.find().skip(20).limit(10);
– Select * from users limit 20,10;
• MongoDB的最小存储单位就是文档对象，数据在Mongo中以 BSON（Binary-JSON）文档的格式存储在磁盘上。每一个文档对 象，MongoDB都会为它分配一个唯一的id号，名为“_id”。如 果硬要和关系型数据库扯上关系，你可以把文档视作关系型数据 库中的行。 • 下图描述了一个最简单的Mongo document：
二进制 数据
_id : ObjectId("yyyyy"), files_id : ObjectId("xxxxx"), n : chunk_number, data : data_binary,
NOSQL发展及应用架构精品PPT课件
频繁的读取，热点数 据，频繁I0操作等
存储二进制文件（如mp3或者 pdf文档）并且能够直接为用
户的浏览器提供下载功能
临时性的数据（如网站的 session、缓存HTML页面信息 等）适合存储在Memcache中
解决复杂的图问题 （如社交关系，推荐
系统）
CAP
• C: Consistency 一致性 • A: Availability 可用性(指的是快速获取数据) • P: Tolerance of network Partition 分区容忍性(分布式)
数据模式类型
A
键值数据库
（Memcached,Redis,Dynamo）
B
列族数据库
（redis,Cassandra,hbase）
C
文档数据库
（MongoDB,CouchDB）
D
图数据库（Neo4J）
TRAVEL NOTES
键值数据库特性
• 快速查询 • 快速写入 • 查询复杂度低基于内存管理或内存映射 • 聚合不透明 • 适合混合工作负载并扩展大的数据集
回顾下一 致性哈希
REDIS 常用类型
redis 淘汰机制
• volatile-lru：从已设置过期时间的数据集（ server.db[i].expires）中挑选最近最少使用的数据淘汰
• volatile-ttl：从已设置过期时间的数据集（ server.db[i].expires）中挑选将要过期的数据淘汰
为方便学习与使用课件内容，课件可以在下载后自由编辑， 请根据实际情况调整
• Redis 还可以同时使用 AOF 持久化和 RDB 持久化。 在这种情 况下， 当 Redis 重启时， 它会优先使用 AOF 文件来还原数据 集， 因为 AOF 文件保存的数据集通常比 RDB 文件所保存的数 据集更完整。
非关系型数据库讲解课件
存储的数据缺少 结构化 功能相对局限
查询性能不高
不易集群
内容缓存，处理 高负载。也可充 当消息队列 分布式文件系统
与key-value类似， 不过数据库能知 道 value内 容
专注于构建关系 图谱
缺键场优值库库据数据数见据数应点点景用型分类类常的lqSoN
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数据库类型
关系型数据库
非关系型数据库
特站网，0 .eb2统传统传库瓶库据数据数付应颈型系关的
3
01
大规模SNS网站数据库并发负载非常高，往往要
达到每秒上万次读写请求。关系数据库应付上万 次SQL查询还勉强顶得住，但是应付上万次SQL
写数据请求，硬盘IO就已经无法承受了。
往载库据数负发并站非高常网，S模N规大低发读并高能写的
4
02
对于关系数据库来说， 数百万记录的表里查询尚 可接受。 在一张上亿条记录的表里面进行SQL查
• 数据类型：string ，hash ，list (列表)， set (集合) • 缺点：对持久化支持不够良好。 • 所以redis一般不作为数据的主数据库存储,一般配合传统的关
系型数据库使用.
速容于存取内由放将据数存到是,内中s ied础iRed
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• 缓存(数据查询、短连接、新闻内容、商品内容等等) 。(最多使 用)
1、不提供sql支持， 学习和使用成本较高；
2、无事务处理，附 加功能bi和报表等支 持也不好；
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• 1、数据模型比较简单 • 2、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
较模据数型简单比、场库据数应景用l1qSoN
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• redis是将数据存放到内存中,由于内容存取速度快所以redis被 广泛应用在互联网项目中， redis优点:存取速度快,官方称读取 速度会达到30万次每秒,写速度在10万次每秒,具体限制于硬件。
NoSQL非关系型数据库技术和应用资料ppt课件
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本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
基础理论与架构分类
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；
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本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
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。
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
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
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本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
2024版《NoSQL数据库》PPT课件
《NoSQL数据库》PPT课件•NoSQL数据库概述•NoSQL数据库类型•NoSQL技术原理及架构•NoSQL数据库应用实践目•NoSQL数据库性能评估与测试•NoSQL数据库挑战与未来发展录01NoSQL数据库概述NoSQL定义及特点定义分布式A B C D非结构化灵活性20世纪90年代21世纪初多样化目前存在多种类型的NoSQL数据库，如键值存储、文档数据库、列式存储等。
广泛应用NoSQL数据库在社交网络、电子商务、物联网等领域得到广泛应用。
NoSQL数据库能够处理大量非结构化数据，适用于日志分析、数据挖掘等场景。
实时应用NoSQL数据库通常具有高性能和可扩展性，适用于实时数据分析、在线游戏等场景。
大数据处理VS扩展性高性能灵活性02NoSQL数据库类型Redis 、Memcached 等代表产品数据模型优点缺点以键值对的形式存储数据，类似于字典查询速度快，支持大量数据的高并发读写数据无结构化，不支持复杂的查询和操作键值存储数据库文档型数据库代表产品数据模型优点缺点列式存储数据库代表产品数据模型优点缺点图形数据库代表产品Neo4j、OrientDB等数据模型以图形结构的形式存储数据，包括节点、边和属性等优点非常适合处理高度连接的数据和复杂的查询缺点学习成本较高，需要了解图形理论和相关算法03NoSQL技术原理及架构数据模型与数据结构键值对模型（Key-Value Mode…使用简单的键值对来存储数据，如Redis。
列式存储模型（Column-orient…以列为单位进行数据存储，适合处理大量数据，如HBase。
文档存储模型（Document-orie…以文档为单位进行数据存储，文档可以包含复杂的数据结构，如MongoDB。
图形存储模型（Graph Model）使用图形结构表示数据之间的关系，适合处理高度关联的数据，如Neo4j。
分布式系统原理及架构分布式系统概述CAP理论分布式数据库架构数据分片与路由数据一致性概述讲解数据复制的原理和实现方式，以及数据同步的策略和算法。
NoSQL数据库PPT
列式存储模型
以列为单位进行数据存储，适用于海量数据 的分析处理。
图形模型
以图形结构表示数据之间的关系，适用于复 杂网络数据的处理。
分布式架构与集群技术
分布式架构
将数据分散到多个节点上，提 高数据处理能力和可扩展性。
数据分片
将数据水平切分成多个片段， 每个片段存储在不同的节点上 。
负载均衡
通过合理的任务分配和数据调 度，实现集群内节点的负载均 衡。
通过精确匹配、范围查询等方式缩小查询范围，避免全表扫描。
使用预编译查询
预编译查询可以提高查询执行效率，减少解析和编译的时间开销。
优化查询逻辑
避免在查询中使用复杂的逻辑运算和嵌套查询，简化查询逻辑。
利用缓存
合理利用缓存机制，缓存常用查询结果，减少数据库访问次数。
索引设计原则及最佳实践
选择合适的索引类型
根据数据量增长趋势合理规划存储空间，特点和适用场景，需要根据实际 需求进行选择。
优化数据存储结构
合理设计数据表结构和字段类型，减少数据冗余和存储空 间占用。
硬件选型建议
选择高性能的服务器和网络设备，提供足够的计算和存储 资源支持。同时考虑数据的备份和恢复策略，确保数据安 全可靠。
适用场景与案例分析
适用场景与案例分析
MongoDB在电商网站中的应用
MongoDB是一种文档型NoSQL数据库，适合存储商品信息、用户信息等数据。某电商 网站采用MongoDB作为数据库，实现了商品信息的快速查询和高效存储。
Cassandra在日志分析中的应用
Cassandra是一种列式存储NoSQL数据库，适合存储大量的日志数据。某公司采用 Cassandra作为日志分析系统的数据库，实现了日志数据的实时分析和高效存储。
2024版nosql数据库解读ppt课件
nosql数据库解读ppt课件•引言•NoSQL数据库类型与特点•NoSQL数据库与关系型数据库比较•NoSQL数据库核心技术解析目录•典型NoSQL数据库产品介绍及案例分析•NoSQL数据库发展趋势与挑战01引言互联网时代的快速发展，数据量爆炸式增长，传统关系型数据库在扩展性、性能等方面面临挑战。
NoSQL数据库应运而生，满足大数据处理、高并发读写等需求，成为数据库领域的重要补充。
NoSQL数据库在实时分析、日志存储、社交网络、物联网等领域具有广泛应用前景。
背景与意义NoSQL数据库概述NoSQL数据库定义非关系型数据库的统称，主要区别于传统关系型数据库。
NoSQL数据库特点灵活的数据模型、高可扩展性、高性能、高可用性等。
NoSQL数据库分类键值存储、列存储、文档存储、图存储等。
典型NoSQL数据库Redis、MongoDB、Cassandra、HBase等。
02NoSQL数据库类型与特点优点简单的数据模型、高性能的读写操作、易于扩展。
缺点无法进行复杂的查询操作、数据一致性难以保证。
典型代表Redis、Memcached等。
优点高效的压缩和编码技术、快速的聚合操作、支持复杂的数据分析。
缺点不适合进行大量的单条记录查询、写入操作相对较慢。
典型代表HBase、Cassandra等。
灵活的数据模型、易于扩展、支持复杂的数据结构。
优点缺乏统一的数据结构和模式、查询性能相对较低。
缺点MongoDB 、CouchDB 等。
典型代表文档型数据库优点能够高效地处理复杂的关系数据、支持高度的并发访问、易于扩展。
典型代表Neo4j 、OrientDB 等。
缺点数据模型相对复杂、需要专门的图形查询语言。
图形数据库03NoSQL数据库与关系型数据库比较1 2 3关系型数据库基于严格的关系模型，数据以表格形式存储。
具有固定的数据结构，需要预先定义表结构。
0203NoSQL数据库无固定数据结构，数据可以灵活存储。
数据完整性通过ACID事务保证。
NoSQL数据库系列课程课件(下)
NoSQL数据库系列课程四、MongoDB：文档型NoSQL数据库（一）MongoDB简介MongoDB是一个基于分布式文件存储的数据库。
由C++语言编写。
旨在为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。
MongoDB 是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系数据库当中功能最丰富，最像关系数据库的。
他支持的数据结构非常松散，是类似json的bson格式，是一种文档型的NoSQL数据库，因此可以存储比较复杂的数据类型。
Mongo最大的特点是它支持的查询语言非常强大，其语法有点类似于面向对象的查询语言，几乎可以实现类似关系数据库单表查询的绝大部分功能，而且还支持对数据建立索引什么是文档型数据库？（二）MongoDB的体系结构与安装（1）、MongoDB的体系结构MongoDB是一个可移植的数据库，它在流行的每一个平台上都可以使用，即所谓的跨平台性，在不同的操作系统上虽然略有差别，但是从整体架构上来看，MongoDB在不同的平台上是一样的，如数据逻辑结构和数据存储等等。
一个运行着的MongoDB数据库就可以看成是一个MongoDB Server，该Server由实例和数据库组成，在一般情况下，一个MongoDB Server机器上包含一个实例或者多个与之对应的数据库，但是在特殊情况下，如硬件投入成本或者特殊的应用需求，也允许一个Server机器上可以有多个实例或者多个数据库。
MongoDB中一系列物理文件(数据文件、日志文件等)的集合与之对应的逻辑结构(集合、文档等)被称之为数据库，简单的说，就是数据库是由一系列与磁盘有关系的物理文件的组成。
●逻辑存储结构MongoDB的逻辑结构是一种层次结构，主要由：文档(Document)、集合(Collection)、数据库(database)这三部分组成，逻辑结构是面向用户的，用户使用MongoDB开发应用程序使用的就是逻辑结构。
⏹MongoDB的文档(Document)，相当于关系数据库中的一行记录。
第五章非关系型数据库PPT课件
关系型数据库的瓶颈
（2）高并发读写的性能低
◦ 关系数据库达到一定规模时，非常容易发生死锁等并发 问题，导致其读写性能下降非常严重。
◦ Web2.0网站数据库并发负载非常高，往往要达到每秒上 万次读写请求。
◦ 关系型数据库勉强可以应付上万次SQL查询，但硬盘I/O往 往无法承担上万次的SQL写数据请求。
c
30 M
…
……
1970-8-24 1980-1-18 …
关系型数据库
Name : a
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Age : 20
Age : 40
Age : 30
…
Gender : M
Birthday : 1970-8-24
Gender : M
…
Birthday : 1990-10-1 Tel : 12345678
Architecture as a Service
Customer-Oriented Business as a Service
Computing as a Service
Data as a Service Database as a Service
客户导向
Ethernet as a Service
•PaaS Platform as a Service
•TaaS •VaaS
Technology or Testing as a Service Voice as a Service
引用自： https:///developerworks/mydeveloperworks/blogs/sbose/entry/gathering_clouds_of_xaas
SaaS
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1 基础理论与架构分类
表3 BASE与ACID的优缺点对比 NhomakorabeaACID 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
1 基础理论与架构分类
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。
1 基础理论与架构分类
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。
1 基础理论与架构分类
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。
1 基础理论与架构分类
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
1 基础理论与架构分类
1 基础理论与架构分类
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 。
1 基础理论与架构分类
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。
1 基础理论与架构分类
1 基础理论与架构分类
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。
1 基础理论与架构分类
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；
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。
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。
表2 CAP理论数据库应用实例及功能分类
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
1 基础理论与架构分类
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；
1 基础理论与架构分类
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；
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。
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。