关系型与非关系型数据库(3)

关系型与非关系型数据库（3）

胡经国

5、非关系型数据库共同特点

虽然NoSQL并没有一个明确的范围和定义，但是它们都普遍具有以下一些共同特点：

⑴、不需要预定义模式

不需要事先定义数据模式和预定义表结构。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。

⑵、无共享架构

相对于将所有数据存放于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。

⑶、弹性可扩展

可以在系统运行的时候，动态增加或者删除节点。不需要停机维护，数据可以自动迁移。

⑷、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。

⑸、异步复制

与RAID（Redundant Arrays of Independent Disks，磁盘阵列）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。其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。

链接：异步复制

异步复制技术是指在写被响应到主机之前，数据必须被承诺存储在单独的一级站点而不是存储在二级站点。当网络容量允许时，数据传向二级站点。

⑹、BASE

相对于事务严格的ACID特性，NoSQL数据库保证的是BASE特性。BASE是最终一致性和软事务。

链接：BASE：最终一致性和软事务

所谓最终一致性，就是不保证在任意时刻任意节点上的同一份数据都是相同的；但是随着时间的迁移，不同节点上的同一份数据总是在向趋于相同的方向变化。也可以简单的理解为：在一段时间后，节点间的数据会最终会达到一致状态。

软事务（待查）

链接：ACID

ACID，是指数据库事务正确执行的四个基本要素的英文的缩写，包含：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）。事务（Transaction）正确执行，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。

原子性：整个事务中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成，不可能停滞在中间某个环节。事务在执行过程中发生错误，会被回滚（Rollback）到事务开始前的状态，就像这个事务从来没有执行过一样。

一致性：在事务开始之前和事务结束以后，数据库的完整性约束没有被破坏。

隔离性：在隔离状态执行事务，使它们好像是系统在给定时间内执行的唯一操作。

持久性：在事务完成以后，该事务对数据库所作的更改便被持久地保存在数据库中，而不会被回滚。

目前主要有两种方式实现ACID：第一种是Write Ahead Logging（预写日志），也就是日志式的方式；第二种是Shadow Paging（影子分页）。

链接：Write Ahead Logging

Write Ahead Logging（WAL，预写日志）技术，是数据库中一种高效的日志算法。对于非内存数据库而言，磁盘I/O操作是数据库效率的一大瓶颈。在相同的数据量下，采用WAL日志的数据库系统在事务提交时，磁盘写操作只有传统的回滚日志的一半左右，大大提高了数据库磁盘I/O操作的效率，从而提高了数据库的性能。

链接：Shadow Paging

相对于WAL技术，Shadow Paging（SP，影子分页）技术实现起来比较简单，消除了写日志记录的开销，恢复的速度也快。Shadow Paging的缺点在于事务提交时要输出多个块。这使得提交的开销很大，而且以块为单位，很难应用到允许多个事务并发执行的情况——这是它致命的缺点。

NoSQL数据库并没有一个统一的架构；两种NoSQL数据库之间的不同，甚至远远超过两种关系型数据库的不同。可以说，NoSQL各有所长。成功的NoSQL必然特别适用于某些场合或者某些应用；在这些场合中会远远胜过关系型数据库和其它的NoSQL。

6、非关系型数据库使用范围

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。如：Neo4J，InfoGrid，Infinite Graph。因此，NoSQL数据库在以下的这几种情况下比较适用：

⑴、数据模型比较简单；

⑵、需要灵活性更强的IT系统；

⑶、对数据库性能要求较高；

⑷、不需要高度的数据一致性；

⑸、对于给定key（键），比较容易映射复杂值的环境。

链接：数据接口

接口可以比喻为一个通道，两个相互独立的程序，通过这个接口通道，实现数据传输，信息交流。当然这个两个程序都必须遵守这个接口规定的一些标准，只有共同遵守这个接口标准，才能进行正常的数据传输和通信。

链接：复杂值

Javascript（一种直译式脚本语言）的数据类型可以分为两种：原始类型和引用类型。原始类型也称为基本类型或简单类型；而引用类型也称为复杂类型。与此相对应，它们的值也分别被称为原始值和复杂值。

其中，复杂值可以由很多不同类型的Javascript对象组成。复杂对象在内存中的大小是未知的，因为复杂对象可以包含任何值，而不是一个特定的已知值。

7、NoSQL数据库优势劣势分析

⑴、NoSQL数据库优势分析

NoSQL数据库主要有以下优势：

①、扩展简单

典型例子是Cassandra（一套开源分布式NoSQL数据库系统）。由于其架构类似于经典的P2P（对等计算或对等网络），因而能够通过简单添加新的节