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一、NoSQL入门概述-上

1.互联网时代背景下大机遇，为什么用NoSQL

1.1.单机MySQL的美好年代

在90年代，一个网站的访问量一般都不大，用单个数据库完全可以轻松应付。
在那个时候，更多的都是静态网页，动态交互类型的网站不多。

DAL dal是数据访问层的英文缩写，即为数据访问层（Data Access Layer）

上述架构下，我们来看看数据存储的瓶颈是什么?

数据量的总大小一个机器放不下时
数据的索引(B+ Tree)一个机器的内存放不下时
访问量(读写混合)一个实例不能承受

如果满足了上述1or3个，进化…

1.2.Memcached(缓存)+MySQL+垂直拆分

后来，随着访问量的上升，几乎大部分使用MySQL架构的网站在数据库上都开始出现了性能问题，web程序不再仅仅专注在功能上，同时也在追求性能。程序员们开始大量的使用缓存技术来缓解数据库的压力，优化数据库的结构和索引。开始比较流行的是通过文件缓存来缓解数据库压力，但是当访问量继续增大的时候，多台web机器通过文件缓存不能共享，大量的小文件缓存也带了了比较高的IO压力。在这个时候，Memcached就自然的成为一个非常时尚的技术产品。

1.3.Mysql主从读写分离
由于数据库的写入压力增加，Memcached 只能缓解数据库的读取压力。读写集中在一个数据库上让数据库不堪重负，大部分网站开始使用主从复制技术来达到读写分离，以提高读写性能和读库的可扩展性。Mysql的master-slave模式成为这个时候的网站标配了。

1.4.分表分库+水平拆分+mysql集群

在Memcached的高速缓存，MySQL的主从复制，读写分离的基础之上，这时MySQL主库的写压力开始出现瓶颈，而数据量的持续猛增，由于MyISAM使用表锁，在高并发下会出现严重的锁问题，大量的高并发MySQL应用开始使用InnoDB引擎代替MyISAM。

同时，开始流行使用分表分库来缓解写压力和数据增长的扩展问题。这个时候，分表分库成了一个热门技术，是面试的热门问题也是业界讨论的热门技术问题。也就在这个时候，MySQL推出了还不太稳定的表分区，这也给技术实力一般的公司带来了希望。虽然MySQL推出了MySQL Cluster集群，但性能也不能很好满足互联网的要求，只是在高可靠性上提供了非常大的保证。

1.5.MySQL的扩展性瓶颈
MySQL数据库也经常存储一些大文本字段，导致数据库表非常的大，在做数据库恢复的时候就导致非常的慢，不容易快速恢复数据库。比如1000万4KB大小的文本就接近40GB的大小，如果能把这些数据从MySQL省去，MySQL将变得非常的小。关系数据库很强大，但是它并不能很好的应付所有的应用场景。MySQL的扩展性差(需要复杂的技术来实现)，大数据下IO压力大，表结构更改困难，正是当前使用MySOL的开发人员面临的问题。

1.6.今天是什么样子? ?

1.7.为什么用NoSQL

今天我们可以通过第三方平台( 如: Google，Facebook等) 可以很容易的访问和抓取数据。用户的个人信息，社交网络，地理位置，用户生成的数据和用户操作日志已经成倍的增加。我们如果要对这些用户数据进行挖掘，那SQL数据库已经不适合这些应用了，NoSQL数据库的发展也却能很好的处理这些大的数据。

2.是什么

NoSQL(NoSQL = Not Only SQL)，意即“不仅仅是SQL”，泛指非关系型的数据库。随着互联网web2.0网站的兴起，传统的关系数据库在应付web2.0网站，特别是超大规模和高并发的SNS类型的web2.0纯动态网站已经显得力不从心，暴露了很多难以克服的问题，而非关系型的数据库则由于其本身的特点得到了非常迅速的发展。NoSQL 数据库的产生就是为了解决大规模数据集合多重数据种类带来的挑战，尤其是大数据应用难题，包括超大规模数据的存储。

(例如谷歌或Facebook每天为他们的用户收集万亿比特的数据)。这些类型的数据存储不需要固定的模式，无需多余操作就可以横向扩展。

3.能干嘛

易扩展
NoSQL数据库种类繁多，但是一个共同的特点都是去掉关系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。也无形之间，在架构的层面上带来了可扩展的能力。

大数据量高性能
NoSQL数据库都具有非常高的读写性能，尤其在大数据量下，同样表现优秀。

这得益于它的无关系性，数据库的结构简单。

一般MySQL使用Query Cache，每次表的更新Cache就失效，是一种大粒度的Cache，在针对web2.0的交互频繁的应用，Cache性能不高。

而NoSQL的Cache是记录级的，是一种细粒度的Cache，所以NoSQL在这个层面上来说就要性能高很多了。

多样灵活的数据模型
NoSQL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。

而在关系数据库里，增删字段是一件非常麻烦的事情。如果是非常大数据量的表，增加字段简直就是一个噩梦。

传统RDBMS VS NOSQL
RDBMS

高度组织化结构化数据
结构化查询语言(SQL)
数据和关系都存储在单独的表中
数据操纵语言，数据定义语言
严格的一致性
基础事务

NoSQL

代表着不仅仅是SQL
没有声明性查询语言
没有预定义的模式
键-值对存储，列存储，文档存储，图形数据库
最终一致性，而非ACID属性
非结构化和不可预知的数据:
CAP定理
高性能，高可用性和可伸缩性

4.有哪些NoSQL

Redis
Memcached
MongDB

二、NoSQL入门概述-下

3V + 3高

大数据时代的3V：

海量Volume
多样Variety
实时Velocity

互联网需求的3高：

高并发
高可括
高性能

三、当下NoSQL应用场景简介

SQL和NoSQL双剑合璧

Alibaba中文站商品信息如何存放

看看阿里巴巴中文网站首页以女装/女包包为例

架构发展历程：

演变过程
第5代

第5代架构使命

和我们相关的，多数据源类型的存储问题

商品信息的存储方案

商品基本信息
名称、价格，出厂日期，生产厂商等
关系型数据库，mysql/oracle目前淘宝在去O化(也即拿掉Oracle)，注意，淘宝内部用的Mysql是里面的大牛自己改造过的
为什么去IOE（在IT建设过程中，去除IBM小型机、Oracle数据库及EMC存储设备）简而意之，可不用穿脚链跳舞。
商品描述、详情、评价信息(多文字类)
多文字信息描述类，IO读写性能变差
文档数据库MongDB
商品的图片
商品图片展现类
分布式的文件系统中
淘宝自家TFS
Google的GFS
Hadoop的HDFS
商品的关键字
淘宝自家
ISearch
商品的波段性的热点高频信息（如，情人节的巧克力）
内存数据库
Tair、Redis、Memcache
商品的交易、价格计算、积分累计
外部系统，外部第3方支付接口
支付宝

总结大型互联网应用(大数据、高并发、多样数据类型)的难点和解决方案

难点
- 数据类型多样性
- 数据源多样性和变化重构
- 数据源改造而数据服务平台不需要大面积重构
解决方法
- EAI
- UDSL 统一数据平台服务层
  - 是什么
  - 什么样
    - 映射
    - API
    - 热点缓存

四、NoSQL数据模型简介

以一个电商客户、订单、订购、地址模型来对比关系型数据库和非关系型数据库

传统关系型数据库如何设计
ER图（1：1、1：N、N：1）主外键等
NOSQL如何设计
BSON ()是一种类json的一种二进制形式的存储格式，简称Binary JSON，它和JSON一样，支持内嵌的文档对象和数组对象
两者对比，问题和难点
问题和难点
为什么用聚合模型来处理
高并发的操作是不太建议用关联查询的，互联网公司用冗余数据来避免关联查询
分布式事务是支持不了太多的并发的
聚合模型

KV
BSON

列族
- 顾名思义，是按列存储数据的。最大的特点是方便存储结构化和半结构化数据，方便做数据压缩，对针对某一列或者某几列的查询有非常大的IO优势。
图形

五、NoSQL数据库的四大分类

新浪：BerkeleyDB + Redis

美团：Redis + tair

阿里、百度：memcache + Redis

文档型数据库（bson格式比较多）

CouchDB

MongoDB

MongoDB是一个基于分布式文件存储的数据库。由C++语言编写。旨在为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。

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。

列存储数据库

Cassandra、HBase

分布式文件系统

图关系数据库

它不是放图形的、放的是关系比如：朋友圈社交网络、广告推荐系统

社交网络、推荐系统。专注于构建关系图谱

Neo4j、InfoGrid

四者对比

六、分布式数据库CAP原理

传统的ACID分别是什么

A (Atomicity) 原子性
C (Consistency) 一致性
I (Isolation) 独立性
D (Durability) 持久性

关系型数据库遵循ACID规则，事务在英文中是transaction，和现实世界中的交易很类似，它有如下四个特性：

1、A (Atomicity) 原子性 原子性很容易理解，也就是说事务里的所有操作要么全部做完，要么都不做，事务成功的条件是事务里的所有操作都成功，只要有一个操作失败，整个事务就失败，需要回滚。比如银行转账，从A账户转100元至B账户，分为两个步骤：1）从A账户取100元；2）存入100元至B账户。这两步要么一起完成，要么一起不完成，如果只完成第一步，第二步失败，钱会莫名其妙少了100元。

2、C (Consistency) 一致性 一致性也比较容易理解，也就是说数据库要一直处于一致的状态，事务的运行不会改变数据库原本的一致性约束。

3、I (Isolation) 独立性 所谓的独立性是指并发的事务之间不会互相影响，如果一个事务要访问的数据正在被另外一个事务修改，只要另外一个事务未提交，它所访问的数据就不受未提交事务的影响。比如现有有个交易是从A账户转100元至B账户，在这个交易还未完成的情况下，如果此时B查询自己的账户，是看不到新增加的100元的

4、D (Durability) 持久性 持久性是指一旦事务提交后，它所做的修改将会永久的保存在数据库上，即使出现宕机也不会丢失。

CAP

C:Consistency（强一致性）
A:Availability（可用性）
P:Partition tolerance（分区容错性）
CAP理论就是说在分布式存储系统中，最多只能实现上面的两点。

而由于当前的网络硬件肯定会出现延迟丢包等问题，所以分区容忍性是我们必须需要实现的。所以我们只能在一致性和可用性之间进行权衡，没有NoSQL系统能同时保证这三点。

CA 传统Oracle数据库
AP 大多数网站架构的选择
CP Redis、Mongodb

注意：分布式架构的时候必须做出取舍。

一致性和可用性之间取一个平衡。多余大多数web应用，其实并不需要强一致性。因此牺牲C换取P，这是目前分布式数据库产品的方向。

一致性与可用性的决择

对于web2.0网站来说，关系数据库的很多主要特性却往往无用武之地

数据库事务一致性需求

很多web实时系统并不要求严格的数据库事务，对读一致性的要求很低，有些场合对写一致性要求并不高。允许实现最终一致性。

数据库的写实时性和读实时性需求

对关系数据库来说，插入一条数据之后立刻查询，是肯定可以读出来这条数据的，但是对于很多web应用来说，并不要求这么高的实时性，比方说在微博发一条消息之后，过几秒乃至十几秒之后，我的订阅者才看到这条动态是完全可以接受的。

对复杂的SQL查询，特别是多表关联查询的需求

任何大数据量的web系统，都非常忌讳多个大表的关联查询，以及复杂的数据分析类型的报表查询，特别是SNS类型的网站，从需求以及产品设计角度，就避免了这种情况的产生。往往更多的只是单表的主键查询，以及单表的简单条件分页查询，SQL的功能被极大的弱化了。

经典CAP图

CAP理论的核心是：一个分布式系统不可能同时很好的满足一致性，可用性和分区容错性这三个需求，最多只能同时较好的满足两个。

因此，根据 CAP 原理将 NoSQL 数据库分成了满足 CA 原则、满足 CP 原则和满足 AP 原则三大类：

CA - 单点集群，满足一致性，可用性的系统，通常在可扩展性上不太强大。
CP - 满足一致性，分区容忍必的系统，通常性能不是特别高。
AP - 满足可用性，分区容忍性的系统，通常可能对一致性要求低一些。

BASE

BASE就是为了解决关系数据库强一致性引起的问题而引起的可用性降低而提出的解决方案。

BASE其实是下面三个术语的缩写：

基本可用（Basically Available）
软状态（Soft state）
最终一致（Eventually consistent）

它的思想是通过让系统放松对某一时刻数据一致性的要求来换取系统整体伸缩性和性能上改观。为什么这么说呢，缘由就在于大型系统往往由于地域分布和极高性能的要求，不可能采用分布式事务来完成这些指标，要想获得这些指标，我们必须采用另外一种方式来完成，这里BASE就是解决这个问题的办法

分布式+集群简介

分布式系统（distributed system）

由多台计算机和通信的软件组件通过计算机网络连接（本地网络或广域网）组成。分布式系统是建立在网络之上的软件系统。正是因为软件的特性，所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。因此，网络和分布式系统之间的区别更多的在于高层软件（特别是操作系统），而不是硬件。分布式系统可以应用在在不同的平台上如：PC、工作站、局域网和广域网上等。

简单来讲：

分布式：不同的多台服务器上面部署不同的服务模块（工程），他们之间通过Rpc/Rmi之间通信和调用，对外提供服务和组内协作。
集群：不同的多台服务器上面部署相同的服务模块，通过分布式调度软件进行统一的调度，对外提供服务和访问。

七、安装

入门概述是什么

Redis:REmote DIctionary Server(远程字典服务器)是完全开源免费的，用C语言编写的，遵守BSD协议，是一个高性能的(key/value)分布式内存数据库，基于内存运行并支持持久化的NoSQL数据库，是当前最热门的NoSql数据库之一，也被人们称为数据结构服务器。

Redis 与其他 key - value 缓存产品有以下三个特点：

Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保持在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用
Redis不仅仅支持简单的key-value类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构的存储
Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份

能干嘛

内存存储和持久化：redis支持异步将内存中的数据写到硬盘上，同时不影响继续服务
取最新N个数据的操作，如：可以将最新的10条评论的ID放在Redis的List集合里面
模拟类似于HttpSession这种需要设定过期时间的功能
发布、订阅消息系统
定时器、计数器

怎么玩

数据类型、基本操作和配置
持久化和复制，RDB/AOF
事务的控制
复制（主从关系）

Redis的安装
Linux版安装
略

Windows版安装
Redis X.X.X for Windows

大多数企业是使用Linux的Redis，Windows仅供学习。

八、HelloWorld

打开cmd
输入cd C:\Program Files\Redis-x64-3.2.100，进入Redis的主目录
输入redis-server.exe redis.windows.conf，打开Redis服务端
另外打开cmd
输入cd C:\Program Files\Redis-x64-3.2.100，进入Redis的主目录
输入redis-cli.exe -h 127.0.0.1 -p 6379，打开Redis客户端
在Redis客户端输入set hello world回车，再输入get hello回车便返回world。
在Redis客户端输入exit回车、退出客户端。

C:\Program Files\Redis-x64-3.2.100>redis-cli.exe
127.0.0.1:6379> set hello world
OK
127.0.0.1:6379> get hello
"world"
127.0.0.1:6379>

九、启动后杂项基础知识

C:\Program Files\Redis-x64-3.2.100>redis-benchmark.exe 测试redis在机器运行的效能
单进程
单进程模型来处理客户端的请求。对读写等事件的响应是通过对epoll函数的包装来做到的。Redis的实际处理速度完全依靠主进程的执行效率
Epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的epoll，是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。
默认16个数据库，类似数组下表从零开始，初始默认使用零号库，可在配置文件配置
select命令切换数据库
dbsize查看当前数据库的key的数量
flushdb：清空当前库
flushall；通杀全部库
统一密码管理，16个库都是同样密码，要么都OK要么一个也连接不上
Redis索引都是从零开始
为什么默认端口是6379

十、常用五大数据库类型简介

Redis的五大数据类型

String（字符串）
- string是redis最基本的类型，你可以理解成与Memcached一模一样的类型，一个key对应一个value。
- string类型是二进制安全的。意思是redis的string可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象。
- string类型是Redis最基本的数据类型，一个redis中字符串value最多可以是512M
Hash（哈希，类似java里的Map）
- Redis hash 是一个键值对集合。
- Redis hash是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象。
- 类似Java里面的Map<String,Object>
List（列表）
- Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素导列表的头部（左边）或者尾部（右边）。
- 它的底层实际是个链表
Set（集合）
- Redis的Set是string类型的无序集合。它是通过HashTable实现实现的
Zset(sorted set：有序集合)
- Redis zset 和 set 一样也是string类型元素的集合，且不允许重复的成员。
- 不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。
- redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。zset的成员是唯一的，但分数(score)却可以重复。

十一、Key关键字

常用的

命令	描述
DEL key	该命令用于在 key 存在时删除 key。
DUMP key	序列化给定 key ，并返回被序列化的值。
EXISTS key	检查给定 key 是否存在。
EXPIRE key seconds	为给定 key 设置过期时间，以秒计。
EXPIREAT key timestamp	EXPIREAT 的作用和 EXPIRE 类似，都用于为 key 设置过期时间。不同在于 EXPIREAT 命令接受的时间参数是 UNIX 时间戳(unix timestamp)。
PEXPIRE key milliseconds	设置 key 的过期时间以毫秒计。
PEXPIREAT key milliseconds-timestamp	设置 key 过期时间的时间戳(unix timestamp) 以毫秒计
KEYS pattern	查找所有符合给定模式( pattern)的 key 。
MOVE key db	将当前数据库的 key 移动到给定的数据库 db 当中。
PERSIST key	移除 key 的过期时间，key 将持久保持。
PTTL key	以毫秒为单位返回 key 的剩余的过期时间。
TTL key	以秒为单位，返回给定 key 的剩余生存时间(TTL, time to live)。
RANDOMKEY	从当前数据库中随机返回一个 key 。
RENAME key newkey	修改 key 的名称
RENAMENX key newkey	仅当 newkey 不存在时，将 key 改名为 newkey 。
SCAN cursor [MATCH pattern] [COUNT count]	迭代数据库中的数据库键。
TYPE key	返回 key 所储存的值的类型。

案例

keys *
exists key的名字，判断某个key是否存在
move key db —>当前库就没有了，被移除了
expire key 秒钟：为给定的key设置过期时间
ttl key 查看还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期
type key 查看你的key是什么类型

十二、String

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