前言
近幾年NoSQL數(shù)據(jù)庫興起撞叽，各種新的產(chǎn)品層出不窮嗅辣，在此學(xué)習(xí)下NoSQL的基本理論，并認識下常見的NoSQL數(shù)據(jù)庫麦撵。
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)無法滿足當前的數(shù)據(jù)庫需求了溃肪。
無法滿足的需求主要有3點:
- 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)庫嚴格的事務(wù)機制導(dǎo)致了海量數(shù)據(jù)的操作會導(dǎo)致大范圍的數(shù)據(jù)鎖定免胃，降低并發(fā)性）
- 高可用性，高擴展性（用戶更關(guān)注是否功能可用惫撰。海量數(shù)據(jù)需要橫向擴展數(shù)據(jù)庫滿足需求羔沙，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)點已經(jīng)不被許多公司所需要，主要也有3點：
- 嚴格的數(shù)據(jù)庫事務(wù)（如微信厨钻，新浪微博等互聯(lián)網(wǎng)公司扼雏，丟失一條消息等，ACID的實現(xiàn)與否并不是很重要）
- 嚴格的讀寫實時性（同理夯膀，一條消息服務(wù)器寫入后诗充，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诱建，但是現(xiàn)在硬件性能已經(jīng)足夠?qū)⑿畔⑷看鎯选２⒉惶枰獜?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)手段俺猿，但是最終事實證明NoSQL數(shù)據(jù)庫才是最適合的選擇励翼。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，實現(xiàn)讀寫分離辜荠。設(shè)置一個主服務(wù)器汽抚，若干從服務(wù)器。主服務(wù)器負責寫操作伯病，并實時復(fù)制修改內(nèi)容到從服務(wù)器上造烁。從服務(wù)器負責讀操作。（但是對于寫請求的負擔仍然無法解決）
- 分庫午笛，分流一部分請求惭蟋。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)庫拆分開來药磺，服務(wù)器根據(jù)業(yè)務(wù)場景告组，查詢不同數(shù)據(jù)庫“┡澹縱向分庫即將數(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)木缝。如：根據(jù)hash便锨，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我碟，且仍然無法滿足更大的數(shù)據(jù)要求）
- 分表放案，類似于分庫。通過橫向或者縱向切分表矫俺。
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）
- 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靈活吱殉。（傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有嚴格的字段要求，且后續(xù)修改復(fù)雜）
- 可擴展性強（容易橫向擴展厘托，支持分布式友雳，且擴展的復(fù)雜度不高，對比傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的擴展非常復(fù)雜）
- 支持高并發(fā)操作铅匹。
2.2 各自的特性
- 鍵值數(shù)據(jù)庫押赊。是鍵值對的存儲數(shù)據(jù)庫。
- 優(yōu)點：適合大量寫操作伊群。
- 缺點：但是存儲的數(shù)據(jù)沒有結(jié)構(gòu)化，復(fù)雜查詢效率低策精。
- 應(yīng)用：常用做內(nèi)容緩存舰始。
- 代表產(chǎn)品：Redis，Memcached
- 列族數(shù)據(jù)庫咽袜，底層基于列族進行存儲的數(shù)據(jù)庫丸卷。（查找時，基于行鍵列族查找询刹，可以看做鍵值數(shù)據(jù)庫的變種）
- 優(yōu)點：查詢速度快谜嫉，橫向擴展性尤其好，適合分布式系統(tǒng)凹联，屏蔽了分布式的復(fù)雜性沐兰。
- 缺點：功能簡單，大都不支持事務(wù)一致性蔽挠。（Hadoop的HBase是支持的）
- 應(yīng)用：分布式的數(shù)據(jù)存儲住闯。
- 代表產(chǎn)品：Cassandra，HBase
- 文檔數(shù)據(jù)庫澳淑，基于鍵存儲文檔比原。（也可看做鍵值數(shù)據(jù)庫的變種）
- 優(yōu)點：半結(jié)構(gòu)化，數(shù)據(jù)格式可以自解釋杠巡，如：JSON,XML量窘。因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常靈活，且并發(fā)性高氢拥。
- 缺點：缺乏統(tǒng)一的查詢語法
- 應(yīng)用：存儲文檔型數(shù)據(jù)蚌铜，半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)锨侯。
- 代表產(chǎn)品：MongoDB，CouchDB
- 圖數(shù)據(jù)庫厘线，基于圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫识腿。
- 優(yōu)點：支持復(fù)雜的圖算法與關(guān)系圖譜
- 缺點：只適合圖和關(guān)系的應(yīng)用領(lǐng)域，其他領(lǐng)域性能較差造壮。
- 應(yīng)用：復(fù)雜圖結(jié)構(gòu)渡讼，如社交網(wǎng)絡(luò)，關(guān)系圖譜耳璧。
- 代表產(chǎn)品：Neo4J成箫，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)旨枯，整個系統(tǒng)仍然可用）
經(jīng)過證明蹬昌，一個分布式系統(tǒng)不能同時滿足三個特性，最多滿足兩個攀隔。
傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫滿足了CA皂贩，放棄了P。因此擴展困難昆汹。而現(xiàn)在大部分互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都是分布式系統(tǒng)明刷，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满粗。P保證了系統(tǒng)存在不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點辈末，那么為了保證C，系統(tǒng)會嘗試與其他的節(jié)點同步數(shù)據(jù)信息映皆，但是出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題導(dǎo)致系統(tǒng)分區(qū)時（即節(jié)點無法互相通信）挤聘，會導(dǎo)致同步無法立刻完成，這樣就無法滿足A了捅彻。
此時只需要去除一個特性即可：
- 去除P组去，保留CA。則沒有了網(wǎng)絡(luò)通信問題步淹，在實現(xiàn)C數(shù)據(jù)一致性時添怔，可以很快的完成，也保證了A贤旷。
- 去除A广料，保留CP。則不要求立刻完成幼驶，在實現(xiàn)C數(shù)據(jù)一致性時艾杏，即使出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)分區(qū)P，也可以慢慢等待盅藻。
- 去除C购桑，保留AP畅铭。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)勃蜘，各個節(jié)點都能單獨運行硕噩，保證了用戶可用(反正系統(tǒng)已經(jīng)不在乎各個節(jié)點數(shù)據(jù)的一致了)。
3.2 BASE理論
BASE模型反ACID模型缭贡，完全不同ACID模型炉擅，犧牲高一致性，獲得可用性阳惹。
- BA：基本可用谍失。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莹汤。（電商大促時快鱼，為了應(yīng)對訪問量激增，部分用戶可能會被引導(dǎo)到降級頁面纲岭，服務(wù)層也可能只提供降級服務(wù)抹竹。這就是損失部分可用性的體現(xiàn)）
- S：軟狀態(tài)。數(shù)據(jù)的一致性要求降低止潮，可以一段時間不滿足一致性腔丧。相對應(yīng)的是硬狀態(tài)默辨。（分布式存儲中一般一份數(shù)據(jù)至少會有三個副本棚辽，允許不同節(jié)點間副本同步的延時就是軟狀態(tài)的體現(xiàn)浇坐。mysql replication的異步復(fù)制也是一種體現(xiàn)窿凤。）
- E：最終一致性仅偎。弱一致性，后續(xù)操作無法立刻獲取更新的信息雳殊。相對應(yīng)的是強一致性橘沥。最終一致性是特殊的弱一致性，只保證了夯秃。
3.3 最終一致性
（明明BASE就包含了最終一致性座咆，不知道書中為何又將它單獨列為三大理論基礎(chǔ)之一）
