浅析关系数据库和NoSql非关系数据库

【摘 要】通过介绍关系型数据库及其在应用中存在的问题，引出了NoSQL 数据库概念，然后介绍NoSQL 数据库的特点、分类及不足，进而总结关系型数据库和NoSQL 数据库结合使用所适用场合。

【关键词】关系数据库；非关系数据库；NoSql

前言

从上个世纪60年代至今的半个世纪，数据库技术伴随着信息技术的发展不断发展，到目前共经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段，在数据库系统阶段又经历了网状数据库、层次数据库和关系数据库阶段，进二十来年，关系数据被广泛使用，发展成主流，但随着互联网技术的蓬勃发展，关系数据库使用遇到了一些新的问题，为应对这些新的问题，近两年来非关系数据库NOSql越来越引起人们的注视，得到了快速发展。

1 关系数据库

1.1 关系数据库的简介

支持关系模型的数据库系成之为关系数据库，是目前各类数据库中使用最为广泛的数据库系统。关系数据库在经过二十几年的发展，已经变的功能强大，使用广泛，产品成熟的数据库系统，现在使用主流的数据库都为关系型数据库，比较熟悉的如SQL Server、Mysql、Oracle、Sybase、Informix、DB2等。在网络上使用比较广泛的是Sql Server、Mysql和Oracle。

1.2 关系数据库的特点

关系数据库是支持关系模型的数据库系统。而关系模型是由二维表来表示实体和实体间联系的模型。使用二维表存储数据，对使用者来说很直观，更容易理解。使用关系数据库的优势主要表现在以下几个特性：

（1）操作方便性。通过开发应用程序和数据库连接，用户能方便的对数据库中数据进行操作，特别对没有数据库基础的人，也可以通过数据库管理系统，直接在数据库中操作。

（2）易于维护性。关系数据库在完整性约束中提供了实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性，通过完整性约束可以大大降低了数据存储的冗余及数据不一致的概率。

（3）访问数据的灵活性。关系数据库中提供了诸如视图，存储过程，触发器，索引等对象，是访问数据更加灵活。

1.3 目前关系数据库面临的问题

随着互联网技术的发展，尤其是web2.0 技术使用，更注重用户和服务器以及用户和用户之间的交互作用，用户成为既是网站内容的浏览者，也是网站内容的制造者。例如：博客（BLOG）、社会网络（SNS）、以及现在比较热的微博等。对于在使用web2.0技术并且访问量比较大网站，使用传统关系数据库就会遇到一些问题，主要表现在以下几点：

（1）对数据库高并发读写的需求

Web 2.0网站要根据用户个性化信息来实时生成动态页面和提供动态信息，无法使用动态页面静态化技术，因此数据库的并发负载非常高，往往要达到每秒上万次的的读写请求，此时服务器上的磁盘根本无法承受如此之多的读写请求。

（2）对海量数据的高效率存储和访问的需求

对于大型的社交网站网站，每天用户产生海量的用户动态，随着用户的不断增减，一个数据表中的记录可能有几亿条，对于关系型数据库来说，在一个有上亿条记录的表里面进行SQL询，效率是极其低下的。一些大型Web 网站的用户登录系统也是如此，如腾讯、163邮箱都有数亿的帐号。

（3）对数据库的高扩展性和高可用性的需求

在基于Web的架构中，数据库是最难进行横向扩展的，当用户量和访问量增加时， 数据库没有办法像Web Server 那样简单的通过添加更多的硬件和服务结点来扩展性能和负载能力，对于很多需要24 小时不间断服务的网站来说，对数据库系统的升级和扩展往往需要停机维护。

2 非关系数据库NoSql

2.1 NoSql概述

NoSql是应对关系数据库出现的问题而发展起来的，近几年随着web2.0技术的广泛应用，NoSQL 得到了快速的发展，NoSQL数据库指的是非关系性的、定义不是很明确的数据存储仓库。NoSQL数据库不再使用关系模型的概念，放弃了使用SQL语句对数据库进行操作。

NoSQL 数据库根据数据的存储模型和特点又分为很多种类。主要有

（1）面向列的存储系统。按列存储，区别于关系数据库中按行存储，容易扩展，适用与存储海量数据，对一个或几个字段进行查询的效率很高，但在复杂查询功能比较弱，如多表联合查询。此类数据库产品有BigTable、Hbase、assandra和Hypertable。

（2）面向文档存储系统。保证海量数据存储的同时，具有良好的查询性能。用JSON或类JSON格式进行存储，存储的内容是文档型的，文档中的格式是自由的。此类数据库产品有MongoDB和CouchDB。

（3）键-值（key/value）存储系统。是最简单的Nosql系统，具有极高的并发读写性能。通过key能够快速查询到value，并且不考虑value 的格式。此类数据库产品有Tokyo Cabinet/Tyrant、BerkeleyDB、MemcacheDB和Redis。

（4）图存储系统。图形关系的最佳存储模式。如Neo4J、FlockDB。

（5）对象存储。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。此类数据库产品有db4o、Versant。

（6）xml 数据库。高效存储XML 数据，并支持XML的内部查询语法。此类数据库产品有Berkeley DBXML、BaseX。

2.2 NoSql数据库的优势

相对于关系数据库，Nosql数据库的优点主要表现在：

（1）容易扩展和高性能。NoSQL 数据库种类很多，但是都有一个共同的特点就是去掉关系型数据库的关系型特性。数据之间彼此无关系，这样就非常容易扩展。可以存储海量数据。同样由于数据之间无关系，数据库的结构简单，在处理大数据量时，NoSQL 数据库会有出色的读写性能。

（2）灵活的数据模型。NoSQL 数据库不使用传统的关系数据库模型，而是使用如key-value 存储、文档型的、列存储、图型数据库、xml 等方式存储数据模型，使用这些模型都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。同时根据需求可以选择合适的模型。

（3）经济性

在数据量和访问量比较大的情况下，传统的关系数据库对服务器的要求比较高，甚至使用专用硬件设备，这样造价就比较高。而NoSQL数据库的易扩展的特点使配置较低服务器上运行，也可以使用低配服务器组成集群来使用，并且有研究证实使用NoSql数据库基于低配硬件的分布式存储解决方案比现在的高端关系数据库更加可靠。这样就极大的降低了投资成本。

2.3 NoSql的不足

（1）成熟度方面。NoSQL数据库的实际应用，近几年才逐渐开始使用，并且大部分NoSQL的产品都还处于实验和不断完善的阶段。在产品成熟度和稳定性方面，NoSq数据库远不及发展了二十多年且已被广泛使用的关系数据库。

（2）商业支持方面。大部分NoSQL数据库都是开源项目，没有专门的数据库厂商提供完善的服务，一旦出现故障，只能自己的能力解决，对于一般使用者来说风险比较大。

（3）使用习惯方面。软件开发人员已经习惯了关系数据库的模式，解决问题的思路已经被固定在关系模型上，而NoSQL数据库的开发以放弃了关系模型，要软件开发人员放弃原来的思路，而掌握和使用NoSql数据库是很困难的，导致使用NoSQL数据库的开发人员不可能在短时间内快速增加，这也成为NoSql数据库发展的一个障碍。

3 关系数据库与NoSQL 数据库结合使用

Web2.0时代，关系数据库不能满足对数据库高并发读写、海量数据的高效率存储和访问、高扩展性和高可用性方面的需求，而NoSql数据库可以解决这些问题，从而推动了NoSql数据库应用和发展，那是不是说NoSql数据库就能取代关系数据可了呢？从目前来看，基于NoSql数据库的不足，NoSql数据库还不能完全取代关系数据库，对NoSql数据库的使用，单独使用的情况很少，大多数情况下都是关系数据库和NoSql数据库结合使用。

关系数据库和NoSql数据库结合使用又分为两种模式：

（1）NoSql数据库作为辅助存储。在这种模式下，把所有的数据都存放在关系数据库中，可能被经常频繁读取的数据再存放在NoSql数据库中一份，其目的是提高数据的查询速度，减少关系数据库的并发访问负载。

（2）NoSql数据库作为主存储。在这种模式下，把所有的数据存储在NOSQL数据库中，为了一些特殊业务或功能的需要，在将数据存入NOSQL 的时候，同时存储到关系数据库一份。在数据存储和查询主要是由Nosql数据库完成，少量的数据是从关系数据库读取。

4 结语

目前关系数据库仍是主流数据库，仍被广泛使用，NoSQL数据库还不能完全取代关系数据库，虽然NoSql数据库打破了关系数据库存储的观念，采用创新的存储方式，在快速读写、海量存储，高扩展性上很好满足web2.0时代数据存储的要求，但NoSql数据库也有自己的缺陷。在现阶段的某些情况下，可以将关系型数据库和NoSQL数据库结合使用，相互弥补各自的不足。随着NoSql数据库的不断发展和完善，将来也有可能取代关系数据库成为主流数据库。

参考文献：

[1]卢冬海，何先波.浅析NoSQL数据库 中国西部科技 2011年02期

[2]黄贤立.NoSQL 非关系型数据库的发展及应用初探 福建电脑 2010年7期

[3]张华强.关系型数据库与NoSQL 数据库 电脑知识与技术 2010年20期