为什么企业依赖于NoSQL

来自:哈尔的数据城堡,作者:Feng

如果你关注大数据科技动向,你对 NoSQL 一定不陌生,NoSQL 是一个分布式数据库。在过去时间,数据存储一直关系型数据库天下,有着良好的控制并发操作、事务功能。虽然 RDBMS 很优秀,但是随着时间的推移就出现了两个关系数据库解决不了的问题:快速增长的数据规模和日渐复杂的数据模型。结果,我们看到了 NoSQL 数据库的兴起。

一、关系数据库不足

实际上,从 1979 年 Oracle 发布了第一个版本,这些数据库被设计为在单个服务器上运行,并且越大越好。而且增加这些数据库容量的唯一方法是升级服务器处理器、内存和存储,数据存储代价不断升高。随着互联网的数据呈指数级增长和 Web 应用程序的兴起,数据模型日渐复杂,关系数据库难以支撑,NoSQL 数据库也由此孕育而生。在 2006 年谷歌发布了 Bigtable 研究论文,在 2007 年亚马逊发布了 Dynamo 研究论文,而这些新的数据库旨在满足新一代企业要求:需要敏捷开发并支持任意规模运作。

二、敏捷开发

当今是以体验为中心的数字经济,企业如何保持竞争力,那么必须进行创新。由于这项创新的核心是现代 Web、移动和物联网应用程序的开发,因此开发人员必须高频提供应用程序和服务。速度和敏捷性都至关重要,因为这些应用程序的发展速度远远超过 ERP 等传统应用程序。而关系数据库是却不能很好满足于它,因为它们的固定数据模型不能很好地支持敏捷开发。

敏捷开发的核心原则是适应不断变化的应用程序需求:当需求发生变化时,数据模型也会发生变化,这是关系数据库的难以克服的问题,因为关系数据库的模型是固定的,并预先定义好的。因此,当要更改数据模型,开发人员不得不修改当初设定好的数据库结构,以适应新的需求。这会减慢或停止开发,不仅因为它是一个手动,耗时的过程,而且还会影响其他应用程序和服务。

相比之下,NoSQL 文档 数据库完全完美支持这点,因为它是无模式的,没有强制定义数据必须建模。相反,它遵循应用程序和服务。使用 NoSQL,数据模型由应用程序模型定义。应用程序和服务将数据建模作为对象。

三、如何支持任意规模运作

为了支持以指数增长的用户和数据 - 数百到数千到数百万用户,以及千兆字节到数 TB 的数据操作,应用程序和服务不得不进行扩展以保持性能,并且必须有效地运行。

对于扩展关系数据库而言,这是一个问题,例如,使用 Oracle ,使用 RAC 技术进行扩展就需要大量组件,昂贵且不完全可靠。因此,有效扩展和按需扩展的能力是一项挑战。它会变得越来越昂贵,因为必须购买更大更强的服务器以容纳更多用户和更多数据。此外,如果必须使数据库脱机以执行硬件升级,则可能导致停机。

然而,分布式 NoSQL 数据库利用廉价硬件进行扩展, 只需添加更多服务器即可添加更多资源。扩展能力使企业能够通过以下方式更有效地扩展:

1、不需要为满足部署而买相对称的硬件;

2、利用较便宜的硬件进行拓展;

3、按需扩展,无需停机。

四、NoSQL 常见存储方式

NoSQL 常见有三种存储方式:键值存储、面向文档的数据库和面向列的数据库。接下来说明这几种存储方式以及数据库代表。

键值存储

代表:Redis、memcached

键值存储是 NoSQL 最常见存储方式,通过 key-value 形式保存数据,高速访问数据。而且根据保存时效也分为临时性、永久性和两者兼备。

面向文档的数据库

代表:MongoDB、CouchDB

面向文档的数据库数据结构要求不是很严格,不定义表结构而且可以使用复杂的查询条件

面向列的数据库

代表:HBase

面向列的数据库以列为单位进行存储,这里的列式存储其实说的是列族存储,它将数据表存储为数据列而非行的形式。列族存储优势:快速查询,易拓展,但功能相对局限。

五、NoSQL 对于事务的支持?

在这里有一个误区,由于分布式事务需要分布式协作,所以似乎必须在性能可扩展性和分布式事务支持之间进行权衡。

耶鲁大学的一名副教授 Daniel Abadi 认为这个想法是错的,可拓展的分布式系统也是可以实现事物。他提出了一个新的权衡策略,具体是在公平性、隔离性和吞吐量(FIT)三者之间进行取舍。 换句话说,有两种方法构建出具备分布式事务吞吐量的可扩展系统:

1、放弃隔离性

当放弃隔离性,一个事物是不会跟其他事物有冲突,就无需等待协作就可以完成了。而且也有一类数据约束可以确保在弱隔离下正确性。

2、放弃公平性

通过设定分布式协作的顺序最小化两者之间的时间重叠,从而减轻二者之间的相互影响,在此公平下找到最合适时间进行协作。

六、小结

构建和运行这些大规模交互式应用程序创建了一组新的技术要求。新的技术架构需要比以往更加灵活,并且需要一种能够适应前所未有的规模、速度和数据可变性的实时数据管理方法。关系数据库无法满足这些新要求,这就使得 NoSQL 逐渐流行起来。

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