NOSQL数据库数据模型以及系统介绍

关键词：关系型数据库；非关系型数据库nosql ；云计算技术；数据模型
一、nosql数据库概述
关系型数据库越来越无法满足云计算的应用场景，为了解决此类问题，非关系型数据库应运而生，由于在设计上和传统的关系型数据库相比有了很大的不同，所以此类数据库被称为“nosql（not only sql）”系列数据库。

与关系型数据库相比，它们非常关注对数据高并发读写和海量数据的存储，在架构和数据模型方面作了简化，而在扩展和并发等方面作了增强。

二、nosql数据库优势
nosql数据库主要有以下优势：
扩展简单，去掉关系型数据库的关系型特性，数据之间无关系这样就非常容易扩展。

典型例子是cassandra，由于其架构类似于经典的p2p，因此能够通过简单添加新的节点来扩展集群；
读写快速，典型例子是redis，由于数据之间无关系，纯内存操作，因此其具有非常出色的性能，单节点每秒可以处理超过10万次的读写操作；
灵活的数据模型，nosql 数据库无需事先为要存储的数据建立字段，随时可以存储自定义的数据格式。

在关系型数据库中，处理大数据量的表，增加字段的工作量是非常庞大的；
成本低廉，企业级数据库的价格很高，并且随着系统的规模增大而不断上升。

高昂的建设和运维成本无法满足云计算应用对数据库的需求。

nosql一般都是以开源的形式存在，可以聚集很多人的智慧，获得很多人得关注，可以减少高昂的成本支出。

三、nosql数据库数据模型
目前，主流的nosql数据库包括bigtable、hbase、cassandra、simpledb、couchdb、mongodb以及redis等。

nosql常用数据模型包括以下3种。

（1）column-oriented（列式）
（2）key-value（键值）
虽然key-value这种模型和传统的关系型相比较简单，有点类似常见的hashtable，一个key对应一个value，但是它能提供非常快的查询速度、大的数据存放量和高并发操作，非常适合通过主键对数据进行查询和修改等操作，虽然不支持复杂的操作，但是可以通过上层的开发来弥补这个缺陷。

（3）document（文档）
在结构上，document和key-value是非常相似的，也是一个key对应一个value，但是这个value主要以json或者xml等格式的文档来进行存储，是有语义的，并且document db 一般可以对value来创建secondary index来方便上层的应用，而这点是普通key-value db 所无法支持的。

四、主要nosql系统的介绍
根据nosql常用的数据模型进行分类，并在每类中选出一种典型系统进行介绍。

（1）面向列存储系统――bigtable
bigtable已经在超过60个google的产品和项目上得到了应用，包括 google analytics、googlefinance、orkut等。

它具有用性广泛、可扩展、高性能和高可用性的特点。

bigtable 是一个是非关系的数据库，是一个稀疏的、分布式的、持久化存储的多维度排序map，采用面向列的存储方式来提高数据的读取效率。

bigtable其它特征：稀疏，分布式，持久化。

持久化的意思很简单，bigtable的数据最终会以文件的形式放到gfs去。

bigtable建立在gfs之上本身就意味着分布式，当然分布式的意义并不仅限于此。

稀疏的意思是，一个表里不同的行，列可能完完全全不一样。

（2）面向键值存储系统――dynamo
dynamo是亚马逊的key-value模式的存储平台，它的最大特点是去中心化的分布式系统，dynamo 的主要特性：首先系统成本低 dynamo 不像一些商用数据库产品，需要昂贵的服务器来得到良好的性能，而在 dynamo上，由于是利用一堆廉价机器来存数据，于是你可能只需要很少的钱买个普通机器加入到集群里就行了；其次，dynamo 是一个面向键值存储，因此他不支持外键和关联查询什么的。

其value值是二进制存储的，所以查询条件也只能作用在 key 上；第三，配置简单的分布式存储 - 这是由于 dynamo 是去中心化地设计，在集群中它的每一台机器都是对等的，不像 mongodb 这样的中心化设计，于是它也不会有单点问题。

（3）面向文档存储系统――mongodb
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。

它支持的数据结构非常松散，是类似json的bjson格式，因此可以存储比较复杂的数据类型。

它是一种可扩展的，高性能的，开源的nosql数据库，用c++编写的。

传统的数据库由数据库（database）、表（table）、记录（record）三个层次概念组成，mongodb同样也是由数据库（database）、集合（collection）、文档对象（document）三个层次组成。

文档类似于json的键值对。

{“name”：“jack”，“age”：15}；集合是一组文档的集合。

一个集合下的稳定无模式限制。

五、各nosql系统与关系型数据库的比较
通过以上三种不同结构的nosql系统的介绍，我们可以比较出nosql数据库与传统的关系型数据库有很大不同，其不同的地方主要体现在查询、架构、读写特性、扩展性以及负载策略等几个方面，下面选取当今最流行的开源的关系型数据库mysql与三种nosql数据库系统做一个比较，如下图所示。