關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)有哪些優(yōu)缺點(diǎn)

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一、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)

1、概念

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)：是指采用了關(guān)系模型來(lái)組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，是目前各類數(shù)據(jù)庫(kù)中使用最為廣泛的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，關(guān)系模型指的就是二維表格模型，一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)就是由二維表及其之間的聯(lián)系所組成的一個(gè)數(shù)據(jù)組織?，F(xiàn)在使用的主流數(shù)據(jù)庫(kù)都是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，比如SQL Server、Mysql、Oracle、DB2、Sybase等。
關(guān)系模型中常用的概念：
關(guān)系：可以理解為一張二維表，每個(gè)關(guān)系都具有一個(gè)關(guān)系名，就是通常說(shuō)的表名。
元組：可以理解為二維表中的一行，在數(shù)據(jù)庫(kù)中經(jīng)常被稱為記錄。
屬性：可以理解為二維表中的一列，在數(shù)據(jù)庫(kù)中經(jīng)常被稱為字段。
域：  屬性的取值范圍，也就是數(shù)據(jù)庫(kù)中某一列的取值限制。
關(guān)鍵字：一組可以唯一標(biāo)識(shí)元組的屬性，數(shù)據(jù)庫(kù)中常稱為主鍵，由一個(gè)或多個(gè)列組成。
關(guān)系模式：指對(duì)關(guān)系的描述。其格式為：關(guān)系名(屬性1、屬性2......屬性N)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中稱為表結(jié)構(gòu)。

2、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。而關(guān)系模型是由二維表來(lái)表示實(shí)體和實(shí)體間聯(lián)系的模型。使用二維表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)很直觀，更容易理解。使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)特性：
(1)操作方便性。通過(guò)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)連接，用戶能方便的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，特別對(duì)沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)的人，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，直接在數(shù)據(jù)庫(kù)中操作。
(2)易于維護(hù)性。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在完整性約束中提供了實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性，通過(guò)完整性約束可以大大降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的冗余及數(shù)據(jù)不一致的概率。
(3)訪問(wèn)數(shù)據(jù)的靈活性。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中提供了諸如視圖、存儲(chǔ)過(guò)程、觸發(fā)器、索引等對(duì)象，使數(shù)據(jù)的訪問(wèn)更加靈活。

3、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的瓶頸

(1)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)高并發(fā)讀寫(xiě)的需求
Web2.0網(wǎng)站要根據(jù)用戶個(gè)性化信息來(lái)實(shí)時(shí)生成動(dòng)態(tài)頁(yè)面和提供動(dòng)態(tài)信息，無(wú)法使用動(dòng)態(tài)頁(yè)面靜態(tài)化技術(shù)，因此數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)負(fù)載非常高，往往要達(dá)到每秒上萬(wàn)次的讀寫(xiě)請(qǐng)求，此時(shí)，服務(wù)器上的磁盤(pán)根本無(wú)法承受如此之多的讀寫(xiě)請(qǐng)求。
(2)對(duì)海量數(shù)據(jù)的高效率存儲(chǔ)和訪問(wèn)的需求
對(duì)于大型的社交網(wǎng)站，每天用戶產(chǎn)生海量的用戶動(dòng)態(tài)，隨著用戶的不斷增減，一個(gè)數(shù)據(jù)表中的記錄可能有幾億條，對(duì)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，在一個(gè)有上億條記錄的表里面進(jìn)行SQL查詢，效率是及其低下的。
(3)高擴(kuò)展性和可用性
在基于web的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)是最難進(jìn)行橫向擴(kuò)展的，當(dāng)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的用戶量和訪問(wèn)量與日俱增的時(shí)候，數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有辦法像web server那樣簡(jiǎn)單的通過(guò)添加更多的硬件和服務(wù)節(jié)點(diǎn)來(lái)擴(kuò)展性能和負(fù)載能力。

4、關(guān)系型數(shù)據(jù)遵循ACID原則

事務(wù)在英文中是transaction，和現(xiàn)實(shí)世界中的交易很類似，它有如下四個(gè)特性：

1、A (Atomicity) 原子性

原子性很容易理解，也就是說(shuō)事務(wù)里的所有操作要么全部做完，要么都不做，事務(wù)成功的條件是事務(wù)里的所有操作都成功，只要有一個(gè)操作失敗，整個(gè)事務(wù)就失敗，需要回滾。比如銀行轉(zhuǎn)賬，從A賬戶轉(zhuǎn)100元至B賬戶，分為兩個(gè)步驟：1）從A賬戶取100元；2）存入100元至B賬戶。這兩步要么一起完成，要么一起不完成，如果只完成第一步，第二步失敗，錢會(huì)莫名其妙少了100元。

2、C (Consistency) 一致性

一致性也比較容易理解，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)要一直處于一致的狀態(tài)，事務(wù)的運(yùn)行不會(huì)改變數(shù)據(jù)庫(kù)原本的一致性約束。例如現(xiàn)有完整性約束a+b=10，如果一個(gè)事務(wù)改變了a，那么必須得改變b，使得事務(wù)結(jié)束后依然滿足a+b=10，否則事務(wù)失敗。

3、I (Isolation) 獨(dú)立性

所謂的獨(dú)立性是指并發(fā)的事務(wù)之間不會(huì)互相影響，如果一個(gè)事務(wù)要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)正在被另外一個(gè)事務(wù)修改，只要另外一個(gè)事務(wù)未提交，它所訪問(wèn)的數(shù)據(jù)就不受未提交事務(wù)的影響。比如現(xiàn)有有個(gè)交易是從A賬戶轉(zhuǎn)100元至B賬戶，在這個(gè)交易還未完成的情況下，如果此時(shí)B查詢自己的賬戶，是看不到新增加的100元的。

4、D (Durability) 持久性

持久性是指一旦事務(wù)提交后，它所做的修改將會(huì)永久的保存在數(shù)據(jù)庫(kù)上，即使出現(xiàn)宕機(jī)也不會(huì)丟失。

二、NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)

NoSQL是用于指代那些非關(guān)系型的、分布式的、且一般不保證遵循ACID原則的非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫(kù)。NoSQL有時(shí)也稱作Not Only SQL的縮寫(xiě)，是對(duì)不同于傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的統(tǒng)稱。NoSQL用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。（例如谷歌或Facebook每天為他們的用戶收集萬(wàn)億比特的數(shù)據(jù)）。這些類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不需要固定的模式，無(wú)需多余操作就可以橫向擴(kuò)展。非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)提出了另外一種概念，例如：以鍵值對(duì)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，且結(jié)構(gòu)不固定，每一個(gè)元組可以有不一樣的字段，每個(gè)元組可以根據(jù)需要增加一些自己的鍵值對(duì)，這樣就不會(huì)局限于固定的結(jié)構(gòu)，可以減少一些時(shí)間和空間的開(kāi)銷。使用這種方式，用戶可以根據(jù)需要去添加自己需要的字段。但非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)由于很少的約束，他也不能夠提供像SQL所提供的where這種對(duì)于字段屬性值情況的查詢。并且難以體現(xiàn)設(shè)計(jì)的完整性。它只適合存儲(chǔ)一些較為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)，對(duì)于需要進(jìn)行較復(fù)雜查詢的數(shù)據(jù)，SQL數(shù)據(jù)庫(kù)顯的更為合適。

1、分布式系統(tǒng)

分布式系統(tǒng)（distributed system）由多臺(tái)計(jì)算機(jī)和通信的軟件組件通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接（本地網(wǎng)絡(luò)或廣域網(wǎng)）組成。

分布式系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)。正是因?yàn)檐浖奶匦?，所以分布式系統(tǒng)具有高度的內(nèi)聚性和透明性。

因此，網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)之間的區(qū)別更多的在于高層軟件（特別是操作系統(tǒng)），而不是硬件。

分布式系統(tǒng)可以應(yīng)用在在不同的平臺(tái)上如：Pc、工作站、局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上等。

2、分布式計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)

可靠性（容錯(cuò)） ：

分布式計(jì)算系統(tǒng)中的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是可靠性。一臺(tái)服務(wù)器的系統(tǒng)崩潰并不影響到其余的服務(wù)器。

可擴(kuò)展性：

在分布式計(jì)算系統(tǒng)可以根據(jù)需要增加更多的機(jī)器。

資源共享：

共享數(shù)據(jù)是必不可少的應(yīng)用，如銀行，預(yù)訂系統(tǒng)。

靈活性：

由于該系統(tǒng)是非常靈活的，它很容易安裝，實(shí)施和調(diào)試新的服務(wù)。

更快的速度：

分布式計(jì)算系統(tǒng)可以有多臺(tái)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，使得它比其他系統(tǒng)有更快的處理速度。

開(kāi)放系統(tǒng)：

由于它是開(kāi)放的系統(tǒng)，本地或者遠(yuǎn)程都可以訪問(wèn)到該服務(wù)。

更高的性能：

相較于集中式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集群可以提供更高的性能（及更好的性價(jià)比）。

3、分布式計(jì)算的缺點(diǎn)

故障排除：

故障排除和診斷問(wèn)題。

軟件：

更少的軟件支持是分布式計(jì)算系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)：

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的問(wèn)題，包括：傳輸問(wèn)題，高負(fù)載，信息丟失等。

安全性：

開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的特性讓分布式計(jì)算系統(tǒng)存在著數(shù)據(jù)的安全性和共享的風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。

4、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的比較

4.1、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)

- 高度組織化結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù) 
- 結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL） (SQL) 
- 數(shù)據(jù)和關(guān)系都存儲(chǔ)在單獨(dú)的表中。 
- 數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言，數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言 
- 嚴(yán)格的一致性
- 基礎(chǔ)事務(wù)

4.2、NoSQL

- 代表著不僅僅是SQL
- 沒(méi)有聲明性查詢語(yǔ)言
- 沒(méi)有預(yù)定義的模式
-鍵 - 值對(duì)存儲(chǔ)，列存儲(chǔ)，文檔存儲(chǔ)，圖形數(shù)據(jù)庫(kù)
- 最終一致性，而非ACID屬性
- 非結(jié)構(gòu)化和不可預(yù)知的數(shù)據(jù)
- CAP定理 
- 高性能，高可用性和可伸縮性

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的最大特點(diǎn)就是事務(wù)的一致性：傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)操作都是事務(wù)的，具有ACID的特點(diǎn)，這個(gè)特性使得關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)可以用于幾乎所有對(duì)一致性有要求的系統(tǒng)中，如典型的銀行系統(tǒng)。
但是，在網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用中，尤其是SNS應(yīng)用中，一致性卻不是顯得那么重要，用戶A看到的內(nèi)容和用戶B看到同一用戶C內(nèi)容更新不一致是可以容忍的，或者說(shuō)，兩個(gè)人看到同一好友的數(shù)據(jù)更新的時(shí)間差那么幾秒是可以容忍的，因此，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的最大特點(diǎn)在這里已經(jīng)無(wú)用武之地，起碼不是那么重要了。
相反地，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為了維護(hù)一致性所付出的巨大代價(jià)就是其讀寫(xiě)性能比較差，而像微博、facebook這類SNS的應(yīng)用，對(duì)并發(fā)讀寫(xiě)能力要求極高，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)無(wú)法應(yīng)付(在讀方面，傳統(tǒng)上為了克服關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)缺陷，提高性能，都是增加一級(jí)memcache來(lái)靜態(tài)化網(wǎng)頁(yè)，而在SNS中，變化太快，memchache已經(jīng)無(wú)能為力了)，因此，必須用新的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)來(lái)代替關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。
關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的另一個(gè)特點(diǎn)就是其具有固定的表結(jié)構(gòu)，因此，其擴(kuò)展性極差，而在SNS中，系統(tǒng)的升級(jí)，功能的增加，往往意味著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)巨大變動(dòng)，這一點(diǎn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)也難以應(yīng)付，需要新的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
于是，非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)運(yùn)而生，由于不可能用一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)應(yīng)付所有的新的需求，因此，非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)嚴(yán)格上不是一種數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)該是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)方法的集合。
必須強(qiáng)調(diào)的是，數(shù)據(jù)的持久存儲(chǔ)，尤其是海量數(shù)據(jù)的持久存儲(chǔ)，還是需要使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的。

5、NoSQL的優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):

• - 高可擴(kuò)展性

• - 分布式計(jì)算

• - 低成本

• - 架構(gòu)的靈活性，半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

• - 沒(méi)有復(fù)雜的關(guān)系

缺點(diǎn):

• - 沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化

• - 有限的查詢功能（到目前為止）

• - 最終一致是不直觀的程序

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