NoSQL數據庫概述

• 特點

  • 模式自由

    不需要定義表結構，數據表中的每條記錄 都可能有不同的屬性和格式。

  • 逆範式化

    不遵循範式要求，去掉完整性約束，減少 表之間的依賴。

  • 多分區存儲

    數據進行分區，將記錄分散到多個節點上

  • 彈性可擴展

    可在系統運行過程中，動態增 加和刪除節點，數據自動平衡移動。

  • 多副本

    數據快速寫入一個節點，其余 節點通過讀取寫入節點日誌來 實現異步復制。

  • 軟事務

    不能完全滿足事務的ACID特性，保證事務的最終一致性。

ACID:

關系型數據庫遵循ACID規則

事務在英文中是transaction，和現實世界中的交易很類似，它有如下四個特性：

1、A (Atomicity) 原子性

原子性很容易理解，也就是說事務裏的所有操作要麽全部做完，要麽都不做，事務成功的條件是事務裏的所有操作都成功，只要有一個操作失敗，整個事務就失敗，需要回滾。

比如銀行轉賬，從A賬戶轉100元至B賬戶，分為兩個步驟：1）從A賬戶取100元；2）存入100元至B賬戶。這兩步要麽一起完成，要麽一起不完成，如果只完成第一步，第二步失敗，錢會莫名其妙少了100元。

2、C (Consistency) 一致性

一致性也比較容易理解，也就是說數據庫要一直處於一致的狀態，事務的運行不會改變數據庫原本的一致性約束。

例如現有完整性約束a+b=10，如果一個事務改變了a，那麽必須得改變b，使得事務結束後依然滿足a+b=10，否則事務失敗。

3、I (Isolation) 獨立性

所謂的獨立性是指並發的事務之間不會互相影響，如果一個事務要訪問的數據正在被另外一個事務修改，只要另外一個事務未提交，它所訪問的數據就不受未提交事務的影響。

比如現在有個交易是從A賬戶轉100元至B賬戶，在這個交易還未完成的情況下，如果此時B查詢自己的賬戶，是看不到新增加的100元的。

4、D (Durability) 持久性

持久性是指一旦事務提交後，它所做的修改將會永久的保存在數據庫上，即使出現宕機也不會丟失。

SQL vs NoSQL

SQL

• 高度組織化結構化數據
• 結構化查詢語言（SQL） (SQL)
• 數據和關系都存儲在單獨的表中。
• 數據操縱語言，數據定義語言
• 嚴格的一致性
• 基礎事務

NoSQL

• 代表著不僅僅是SQL
• 沒有聲明性查詢語言
• 沒有預定義的模式
• 鍵 - 值對存儲，列存儲，文檔存儲，圖形數據庫
• 最終一致性，而非ACID屬性
• 非結構化和不可預知的數據
• CAP定理
• 高性能，高可用性和可伸縮性

NoSQL 簡史

NoSQL一詞最早出現於1998年，是Carlo Strozzi開發的一個輕量、開源、不提供SQL功能的關系數據庫。

2009年，Last.fm的Johan Oskarsson發起了一次關於分布式開源數據庫的討論[2]，來自Rackspace的Eric Evans再次提出了NoSQL的概念，這時的NoSQL主要指非關系型、分布式、不提供ACID的數據庫設計模式。

2009年在亞特蘭大舉行的"no:sql(east)"討論會是一個裏程碑，其口號是"select fun, profit from real_world where relational=false;"。因此，對NoSQL最普遍的解釋是"非關聯型的"，強調Key-Value Stores和文檔數據庫的優點，而不是單純的反對RDBMS。

CAP定理（CAP theorem）

在計算機科學中, CAP定理（CAP theorem）, 又被稱作 布魯爾定理（Brewer‘s theorem）, 它指出對於一個分布式計算系統來說，不可能同時滿足以下三點:

• 一致性(Consistency) (所有節點在同一時間具有相同的數據)
• 可用性(Availability) (保證每個請求不管成功或者失敗都有響應)
• 分隔容忍(Partition tolerance) (系統中任意信息的丟失或失敗不會影響系統的繼續運作)

CAP理論的核心是：一個分布式系統不可能同時很好的滿足一致性，可用性和分區容錯性這三個需求，最多只能同時較好的滿足兩個。

因此，根據 CAP 原理將 NoSQL 數據庫分成了滿足 CA 原則、滿足 CP 原則和滿足 AP 原則三大類：

• CA - 單點集群，滿足一致性，可用性的系統，通常在可擴展性上不太強大。
• CP - 滿足一致性，分區容忍性的系統，通常性能不是特別高。
• AP - 滿足可用性，分區容忍性的系統，通常可能對一致性要求低一些。

BASE

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

CAP理論的核心是：一個分布式系統不可能同時很好的滿足一致性，可用性和分區容錯性這三個需求，最多只能同時較好的滿足兩個。

BASE是NoSQL數據庫通常對可用性及一致性的弱要求原則:

• Basically Availble --基本可用
• Soft-state --軟狀態/柔性事務。 "Soft state" 可以理解為"無連接"的, 而 "Hard state" 是"面向連接"的
• Eventual Consistency --最終一致性 最終一致性， 也是是 ACID 的最終目的。

ACID vs BASE

什麽是原子性

舉個例子：

A想要從自己的帳戶中轉1000塊錢到B的帳戶裏。那個從A開始轉帳，到轉帳結束的這一個過程，稱之為一個事務。在這個事務裏，要做如下操作：

• 從A的帳戶中減去1000塊錢。如果A的帳戶原來有3000塊錢，現在就變成2000塊錢了。
• 在B的帳戶裏加1000塊錢。如果B的帳戶如果原來有2000塊錢，現在則變成3000塊錢了。

如果在A的帳戶已經減去了1000塊錢的時候，忽然發生了意外，比如停電什麽的，導致轉帳事務意外終止了，而此時B的帳戶裏還沒有增加1000塊錢。那麽，我們稱這個操作失敗了，要進行回滾。回滾就是回到事務開始之前的狀態，也就是回到A的帳戶還沒減1000塊的狀態，B的帳戶的原來的狀態。此時A的帳戶仍然有3000塊，B的帳戶仍然有2000塊。

我們把這種要麽一起成功（A帳戶成功減少1000，同時B帳戶成功增加1000），要麽一起失敗（A帳戶回到原來狀態，B帳戶也回到原來狀態）的操作叫原子性操作。

如果把一個事務可看作是一個程序,它要麽完整的被執行,要麽完全不執行。這種特性就叫原子性

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