网站阅读

https://geminiplanet.cn/Database-System-7/​geminiplanet.cn

数据库第七章--NoSQL数据库

NoSQL数据库概述

• 关系数据库的局限
  • 关系数据库特点是数据结构化、数据的共享性高、冗余度低、易扩充、数据独立性高，数据由数据库管理系统统一管理和控制等。
  • 优点是：容易理解，使用方便，易于维护，支持复杂查询。
  • 缺点是：不擅长大量数据的写入处理、表结构变更、字段不固定时的应用和对简单查询需要快速返回结果的处理的应用。
• NoSQL理论基础
  • CAP理论
    • 对应一致性Consistency：在分布式计算中，在执行某项数据的修改操作之后，所有节点在同一时间具有相同的数据，系统具有一致性。
    • 可用性Availability：在每一个操作之后，无论成功或失败，系统都要在一定时间内返回结果，保证每个请求不管成功或者失败都有响应。
    • 分区容忍性Partition Tolerance：系统中任意信息的丢失或失败不会影响系统的继续运行。
  • BASE模型
    • Basically Available --基本可用。系统能够基本运行，一直提供服务。
    • Soft-state--软状态/柔性事务。"Soft state" 可以理解为"无连接"的, 而 "Hard state" 是"面向连接"的；系统不要求一直保持强一致状态。
    • Eventual Consistency --最终一致性。系统在某个时刻达到最终一致性，并非时时保持强一致。
  • 最终一致性
    • （1）强一致性：要求无论更新操作是在哪一个副本执行，之后所有的读操作都要能获得最新的数据。
    • （2）弱一致性：用户读到某一操作对系统特定数据的更新需要一段时间，称这段时间为“不一致性窗口”。
    • （3）最终一致性：弱一致性的一种特例，保证用户最终能够读取到某操作对系统特定数据的更新。
• NoSQL基本概念
  • NoSQL含义
    • NoSQL是Not Only SQL的缩写,意即“不仅仅是SQL”，即对关系型SQL数据库系统的补充。
    • NoSQL并不单指一个产品或一种技术，它代表一族产品，以及一系列不同的、有时相互关联的、有关数据存储及处理的概念。
  • NoSQL的共同特征
    • （1）不用预定义模式。
    • （2）无共享架构。
    • （3）弹性可扩展。
    • （4）分区。
    • （5）异步复制。
    • （6）BASE。
  • NoSQL采用的技术
    • （1）简单数据类型：模型中每个记录拥有唯一的键，系统只需支持单记录级别的原子性，不支持外键和跨记录的关联。
    • （2）元数据和应用数据的分离。
    • （3）弱一致性：系统通过复制应用数据来达到一致性，减少同步开销，用最终一致性和时间一致性来满足用户对数据一致性的要求。
  • NoSQL的数据库分类
    • （1）列存储(Column Family)方式：将同一列的数据存储在一起，可以存储结构化和半结构化数据。
    • （2）键值对(Key-Value)存储方式：存储的数据是有键（key）和值（value）两部分组成，通过key快速查询到其value，value的格式可以根据具体应用来确定。
    • （3）文档(Document)存储方式：存储的内容是文档型的，可以用格式化文件（类似json、XML等）的格式存储。
    • （4）图形(Graph)存储方式：数据以有向加权图方式进行存储。
  • NoSQL的整体框架
    • 接口层
    • 数据逻辑模型层
    • 数据分布层
    • 数据持久层

列存储数据库HBASE

• 简介
  • 数据库中的数据模型给出了数据的表达方式，二维表是关系模型的数据结构，数据和数据之间的关系都在二维表中表示。
  • 数据库以行、列的二维表的形式表示数据，以一维字符串的方式存储。
• HBASE数据库
  • HBase全称是Hadoop Database, 是一个构建在Apache Hadoop上的列式数据库
  • HBase是一个开源的非关系型分布式数据库（NoSQL），实现的编程语言为 Java

键值对数据库Redis

• 简介
  • KV：Key-Value（键值）存储模型是NoSQL中最基本的数据存储模型，KV类似于哈希表，在键和值之间建立映射关系，键值模型极大的简化了关系数据模型，具有高效灵活的特点。
  • 1.数据结构：键值模型（Key-Value模型），每行记录由主键和值两个部分组成，值可以是各种类型的数据。
  • 2.数据操作：Get( key )、Set( key, value )、Delete( key )等。
  • 3.数据完整性：针对单个键的操作才区别“一致性”。
• Redis数据库
  • Redis 是Remote Dictionary Server的缩写，开源的KV数据库。
  • Redis支持Value类型：字符串类型（String）、哈希表类型（Hash）、链表类型（List）、集合类型(Set)、有序集合类型（order set）

文档型数据库MongoDB

• 简介
  • 文档是处理信息的基本单位。文档可以很长、很复杂、可以无结构。
  • 一个文档对包含的数据类型和内容进行“自我描述”。XML文档、HTML文档和JSON文档。
  • 每个文档的ID就是它唯一的键，是唯一的， 检索排序的ID性能好。ID在一个数据库“集合”中
• MongoDB数据库
  • MongoDB 是基于分布式文件存储的开源数据库系统。将数据存储为一个文档，数据结构由键值对组成，字段值可以包含其他文档，数组及文档数组。
  • 基本的概念是文档、集合、数据库。
  • 文档是MongoDB中数据的基本单元
  • 集合可以被看作没有模式的表
  • 每个实例都可容纳多个独立数据库，每个数据库都有自己的集合和权限。

图形数据库Neo4J

• 简介
  • 图就是二元关系。利用一系列由线（称为边）或箭头（称为弧）连接的点（称为节点）。有向图：节点集合，弧集合--节点的有序对。
  • 图的实现--两种。一种叫作邻接表，大致上与二元关系的实现方法类似。第二种叫作邻接矩阵，是一种表示二元关系的新方法，图的应用包括最短路径、可达集、各种搜索算法等。这些都给图的应用提供理论基础。
• Neo4J图数据库
  • Neo4j是开源的用Java实现图数据库，有两种运行方式，一种是服务的方式，对外提供REST接口；另外一种是嵌入式模式，数据以文件的形式存放在本地，直接对本地文件进行操作。
  • 每个实体都有ID（Identity）唯一标识，每个节点由标签（Lable）分组，每个关系都有一个唯一的类型，属性图模型的基本概念有：
  • 实体（Entity）是指节点（Node）和关系（Relationship）；
  • 每个实体都有零个、一个或多个属性，一个实体的属性键是唯一的；每个节点都有零个、一个或多个标签，属于一个或多个分组；
  • 每个关系都只有一个类型，用于连接两个节点；
  • 路径（Path）是指由起始节点和终止节点之间的实体（节点和关系）构成的有序组合；
  • 标记（Token）是非空的字符串，用于标识标签（Lable），关系类型（Relationship Type），或属性键（Property Key）；
  • 标签：用于标记节点的分组，多个节点可以有相同的标签，一个节点可以有多个Lable，Lable用于对节点进行分组；
  • 关系类型：用于标记关系的类型，多个关系可以有相同的关系类型。