MongoDB 教程（一）：了解 NoSQL

时间：2023-12-20 14:57:50

概述：

　　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。

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。

　　例如现有完整性约束a+b=10，如果一个事务改变了a，那么必须得改变b，使得事务结束后依然满足a+b=10，否则事务失败。

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。

　　比如现在有个交易是从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。

分布式系统

　　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不同的平台上如：Pc、工作站、局域网和广域网上等。

分布式系统

什么是NoSQL?

　　NoSQL，指的是非关系型的数据库。NoSQL有时也称作Not Only SQL的缩写，是对不同于传统的关系型数据库的数据库管理系统的统称。

　　NoSQL用于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。

　　对NoSQL最普遍的解释是"非关联型的"，强调Key-Value Stores和文档数据库的优点，而不是单纯的反对RDBMS。

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

CAP定理

　　在计算机科学中, CAP定理指出 —— 对于一个分布式计算系统来说，不可能同时满足以下三点：

  • 一致性(Consistency) (所有节点在同一时间具有相同的数据)
  • 可用性(Availability) (保证每个请求不管成功或者失败都有响应)
  • 分隔容忍(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作)

　　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，分区容忍性的系统，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。

NoSQL的优点/缺点

优点:

  • - 高可扩展性
  • - 分布式计算
  • - 低成本
  • - 架构的灵活性，半结构化数据
  • - 没有复杂的关系

缺点:

  • - 没有标准化
  • - 有限的查询功能（到目前为止）
  • - 最终一致是不直观的程序

BASE

　BASE：Basically Available, Soft-state, Eventually Consistent。 由 Eric Brewer 定义。

　BASE是NoSQL数据库通常对可用性及一致性的弱要求原则：

  • Basically Availble --基本可用
  • 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
  • Eventual Consistency -- 最终一致性， 也是 ACID 的最终目的。

ACID vs BASE

ACID BASE
原子性(Atomicity) 基本可用(Basically Available)
一致性(Consistency) 软状态/柔性事务(Soft state)
隔离性(Isolation) 最终一致性
(Eventual consistency)
持久性
(Durable)		  

NoSQL 数据库分类

类型

部分代表

 特点
列存储

Hbase

Cassandra

Hypertable

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。

文档存储

MongoDB

CouchDB

文档存储一般用类似json的格式存储，存储的内容是文档型的。这样也就有有机会对某些字段建立索引，实现关系数据库的某些功能。

key-value存储

Tokyo Cabinet / Tyrant

Berkeley DB

MemcacheDB

Redis

可以通过key快速查询到其value。一般来说，存储不管value的格式，照单全收。（Redis包含了其他功能）

图存储

Neo4J

FlockDB

图形关系的最佳存储。使用传统关系数据库来解决的话性能低下，而且设计使用不方便。

对象存储

db4o

Versant

通过类似面向对象语言的语法操作数据库，通过对象的方式存取数据。

xml数据库

Berkeley DB XML

BaseX

高效的存储XML数据，并支持XML的内部查询语法，比如XQuery,Xpath。

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