前面的內(nèi)容介紹了數(shù)據(jù)庫讀寫分離和分庫分表相關(guān)知識，都是針對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的，即通常說的 RDBMS。除了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，NoSQL 在項目開發(fā)中也有著越來越重要的作用，與此同時，NoSQL 相關(guān)的內(nèi)容也是面試的常客。今天我們一起來看下 NoSQL 數(shù)據(jù)庫有哪些應(yīng)用。

對比關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

在介紹 NoSQL 數(shù)據(jù)庫之前，先回顧下關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。還記得 SQL 語言的全稱嗎？Structured Query Language，也就是結(jié)構(gòu)化查詢語言，結(jié)構(gòu)化查詢對應(yīng)的存儲實現(xiàn)是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，我們熟悉的 MySQL、Oracle 和 SQL Server，都是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的代表。

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫通過關(guān)系模型來組織數(shù)據(jù)，在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫當(dāng)中一個表就是一個模型，一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫可以包含多個表，不同數(shù)據(jù)表之間的聯(lián)系反映了關(guān)系約束。

不知道你是否應(yīng)用過 ER 圖？在早期的軟件工程中，數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建都會通過 ER 圖來定義，ER 圖（Entity Relationship Diagram）稱為 實體-聯(lián)系圖，包括實體、屬性和關(guān)系三個核心部分。

下面是在電商領(lǐng)域中，一個簡化的會員、商品和訂單的 ER 圖：

簡化版的會員、商品和訂單 ER 圖

ER圖中的實體采用矩形表示，即數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)對象，例如電商業(yè)務(wù)模型中的會員、商品、訂單等，每個數(shù)據(jù)對象具有不同的屬性，比如會員有賬戶名、電話、地址等，商品有商品名稱、價格、庫存等屬性。不同的數(shù)據(jù)對象之間又對應(yīng)不同的關(guān)系，比如會員購買商品、創(chuàng)建訂單。

有了 ER 圖等的輔助設(shè)計，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型可以非常好的描述物理世界，比較方便地創(chuàng)建各種數(shù)據(jù)約束。

另外一方面，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對事務(wù)支持較好，支持 SQL 規(guī)范中的各種復(fù)雜查詢，比如 join、union 等操作。正是由于對 SQL 規(guī)范的支持，也使得關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對擴(kuò)展不友好，比較難進(jìn)行分布式下的集群部署。

NoSQL 數(shù)據(jù)庫特性

NoSQL 數(shù)據(jù)庫是在 SQL 的基礎(chǔ)上發(fā)展的，對 NoSQL 的具體解釋，你可以認(rèn)為是 Not Only SQL，也可以認(rèn)為是 Non-Relational SQL。

NoSQL 對應(yīng)非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，不同于傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，如果說關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是武俠小說中的正統(tǒng)功夫，NoSQL 數(shù)據(jù)庫就是野路子，少了很多約束，也就不拘一格、自成一派。那么對比關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，NoSQL 型數(shù)據(jù)庫有哪些優(yōu)點呢？

• 良好的擴(kuò)展性，容易通過集群部署

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在進(jìn)行擴(kuò)展時，要考慮到如何分庫分表、擴(kuò)容等，各種實現(xiàn)方案都比較重，對業(yè)務(wù)侵入較大。NoSQL 數(shù)據(jù)庫去掉了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的關(guān)系特性，天生對集群友好，這樣就非常容易擴(kuò)展。

• 讀寫性能高，支持大數(shù)據(jù)量

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對一致性的要求較高，數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，讀寫的性能要低于非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。另外一方面，部分 NoSQL 數(shù)據(jù)庫采用全內(nèi)存實現(xiàn)，更適合一些高并發(fā)的訪問場景。

• 不限制表結(jié)構(gòu)，靈活的數(shù)據(jù)模型

應(yīng)用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，需要通過 DML 語句創(chuàng)建表結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)表創(chuàng)建以后，增刪字段需要重新修改表結(jié)構(gòu)。如果使用 NoSQL，一般不需要事先為數(shù)據(jù)建立存儲結(jié)構(gòu)和字段，可以存儲各種自定義的數(shù)據(jù)。

NoSQL 數(shù)據(jù)庫有這么多優(yōu)點，但是在項目開發(fā)中，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不是對立的，而是相輔相成的。從性能的角度來講，NoSQL 數(shù)據(jù)庫的性能優(yōu)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，從持久化角度，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫優(yōu)于 NoSQL 數(shù)據(jù)庫。

專欄最開始提到了 CAP 理論，從 CAP 的角度，NoSQL 數(shù)據(jù)庫一般提供弱一致性的保證，實現(xiàn)最終一致性，也就是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫強調(diào) CP 模型，而 NoSQL 關(guān)注的是 AP 模型，同時應(yīng)用 NoSQL 和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，可以滿足高性能的基礎(chǔ)上，同時保證數(shù)據(jù)可靠性。

NoSQL 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用

非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有很多類型，應(yīng)用的側(cè)重點也不同，可以從以下幾個角度進(jìn)行分類。

Key-Value 數(shù)據(jù)庫

Key-Value 存儲就是我們熟悉的 Map 結(jié)構(gòu)，支持高性能的通過 Key 定位和存儲。通常用來實現(xiàn)緩存等應(yīng)用，典型的有 Redis 和 Memcached。

以 Redis 為例，作為應(yīng)用最多的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫之一，Redis 可以說是日常工作中的一把瑞士軍刀。

從性能的角度，為了提高讀寫效率，Redis 在最開始的版本中一直使用單線程模型，避免上下文切換和線程競爭資源，并且采用了 IO 多路復(fù)用的技術(shù)，提升了性能，另外在最近的版本更新中，Redis也開始支持多線程處理，感興趣的同學(xué)可以查看相關(guān)的資料了解。

從存儲結(jié)構(gòu)的角度，Redis 支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，得益于這些，Redis 有豐富的應(yīng)用場景，并且針對不同的數(shù)據(jù)規(guī)模等，Redis 采取多種內(nèi)存優(yōu)化方式，盡量減少內(nèi)存占用。比如，List 結(jié)構(gòu)內(nèi)部有壓縮列表和雙向鏈表兩種實現(xiàn)，在數(shù)據(jù)規(guī)模較小時采用 ZipList 實現(xiàn)，特別是在新的版本更新中，又添加了 QuickList 的實現(xiàn)，減少內(nèi)存的消耗。

從高可用的角度，作為一個內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，Redis實現(xiàn)了AOF和RDB的數(shù)據(jù)持久化機制，另外，Redis支持了多種集群方式，包括主從同步，Sentinel和Redis Cluster等機制，提高了整體的數(shù)據(jù)安全和高可用保障。

文檔型數(shù)據(jù)庫

文檔型數(shù)據(jù)庫可以存儲結(jié)構(gòu)化的文檔，比如 JSON 或者 XML，從這個角度上看，文檔型數(shù)據(jù)庫比較接近關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。但是對比關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，文檔性數(shù)據(jù)庫中不需要預(yù)先定義表結(jié)構(gòu)，并且可以支持文檔之間的嵌套，典型的比如 MongoDB，這一點和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有很大的不同。

以 MongoDB 為例，采用了基于 JSON 擴(kuò)展的 BSON 存儲結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行自我描述，這種靈活的文檔類型，特別適合應(yīng)用在內(nèi)容管理系統(tǒng)等業(yè)務(wù)中。MongoDB 還具備非常優(yōu)秀的擴(kuò)展能力，對分片等集群部署的支持非常全面，可以快速擴(kuò)展集群規(guī)模。

列存儲數(shù)據(jù)庫

列式數(shù)據(jù)庫被用來存儲海量數(shù)據(jù)，比如 Cassandra、HBase 等，特點是大數(shù)據(jù)量下讀寫速度較快、可擴(kuò)展性強，更容易進(jìn)行分布式部署。

以 HBase 為例，HBase 支持海量數(shù)據(jù)的讀寫，特別是寫入操作，可以支持 TB 級的數(shù)據(jù)量。列式數(shù)據(jù)庫通常不支持事務(wù)和各種索引優(yōu)化，比如 HBase 使用 LSM 樹組織數(shù)據(jù)，對比 MySQL 的 B+ 樹，在高并發(fā)寫入時有更好的性能。

圖形數(shù)據(jù)庫

在一些特定的應(yīng)用場景可以應(yīng)用特殊的數(shù)據(jù)庫，比如圖形數(shù)據(jù)庫。在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時我們知道，社交網(wǎng)絡(luò)中的用戶關(guān)系可以使用圖來存儲，于是誕生了一些圖形數(shù)據(jù)庫，可以方便地操作圖結(jié)構(gòu)的相關(guān)算法，比如最短路徑、關(guān)系查找等。

圖形數(shù)據(jù)庫在一般的工程開發(fā)中應(yīng)用較少，感興趣的同學(xué)可以去了解一下。

總結(jié)

這一課時分享了 NoSQL 數(shù)據(jù)庫相關(guān)的知識點，包括關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的對比，分析了常見 NoSQL 數(shù)據(jù)庫的分類和應(yīng)用特性。

大多數(shù)場景下，NoSQL 數(shù)據(jù)庫是配合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫一起使用的，這就涉及了不同存儲之間的同步問題，比如緩存和數(shù)據(jù)庫的同步等，針對這個問題，會在緩存模塊展開介紹?，F(xiàn)在你可以結(jié)合自己的項目實踐，思考下應(yīng)用過哪些非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，以及使用了哪些對應(yīng)特性，如何配合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫等，歡迎留言分享。