淺談NoSQL數據庫的數據存儲

尹妍 朱立偉

摘 要 本文通過對NoSQL數據庫的概念與特性進行簡要的闡述，分析其在數據存儲方面的優勢與不足，并結合其發展歷程與目前的應用狀況對這種新的數據庫形式進行簡要探討。

關鍵詞 NoSQL數據庫;數據存儲;非關系型數據庫

1NoSQL數據庫的概念與特性

所謂NoSQL數據庫，即Not Only SQL（不僅僅是SQL）的縮寫。傳統SQL數據庫為關系型的數據存儲，需要嚴格的數據模式。而NoSQL數據庫提倡非關系型的數據存儲，都沒有模式。NoSQL數據庫打破了曾經占據主導地位的關系型數據庫壟斷，不需要事先設計表結構便能夠輕易實現數據的非結構存儲。

除了非關系型這一特點，NoSQL還具有分布式、API形式簡單、適合大數據存儲、無架構等其他特點。傳統關系型數據庫經過多年發展，雖已健全成熟，但仍然有受限于固有模式而無法優化的缺陷。而NoSQL面對這些缺點，能夠表現出異常優秀的性能——這也就是NoSQL自提出后就一直受到廣泛關注的原因[1]。

2NoSQL的數據存儲

2.1 以Hbase為代表的列存儲類型

列存儲類型，顧名思義，是按照列來存儲數據的。與之相對的，傳統關系型數據庫大都使用行存儲方式。圖中顯示兩種數據存儲的模式。左為傳統型行存儲模式，右為列存儲模式。

存儲結果如下（上為行存儲模式，下為列存儲模式）。

顯而易見，在需要讀取同一列數據的場合下，列存儲類型能表現出非常優異的性能。此外，列式數據庫的空間利用率要優于行式數據庫，原因在于列式存儲更有利于進行空間壓縮操作，十分適合稀疏數據的存儲。相較于小量數據，列式存儲更適合TB級及以上的大數據存儲。但它的數據由于分布較廣，并不適合大范圍查詢。

Hbase數據庫為列存儲類型數據庫的代表，除此以外還有Cassandra、Hypertable等。常常被使用在數據量較大且還會持續增長的場合之中。

2.2 以Neo4J為代表的圖存儲類型

圖是離散數學中的概念。在數據結構中，圖形結構也是四種基本邏輯結構之一。在關系型數據庫時代，人們就試圖將圖投入到數據庫中使用，卻面臨著設計笨拙、性能低下的困境。而基于NoSQL理念，以Neo4J為代表的圖形數據庫打破了這一限制，解決了長久以來的問題。

Neo4J中的圖沿用了數據結構中的概念，保留了點和邊的基本概念。其中，點代表實體，邊代表實體之間的關系。所有的實體作為一個個點，散亂地分布在圖上，存在特定關系的實體之間用邊相連。其儲存方式實現類似鄰接表，每個節點通過指針指向相鄰節點，且有單獨的邊集和點集。這一模式有利于從任何一個節點出發都可以遍歷整個圖，查找速度非常快，且只要沿著關系邊集就可查找，時間復雜度不受總數據量的影響。

需要注意的是，圖存儲結構受到數據關系特點的影響，在那些關系復雜且緊密的數據中有著良好的性能，但對于普通的大數據則會有反效果。除了Neo4J外，常用的還有FlockDB、ArangoDB等數據庫。

2.3 以Redis存儲為代表的鍵值存儲類型

鍵值存儲類型即Key-Value存儲類型。在這種模式下，所有的數據以鍵值對的形式存入數據庫中，并且以這種形式繼續支持后續的操作。

在鍵值存儲類型中，每個數據值（Value）都對應一個關鍵字，即Key，用于索引和查找。在操作過程中只能通過鍵來查詢，不能使用值來查詢。每個數據也是相對獨立的，兩個鍵之間沒有關聯。

通常，鍵值存儲類型只適用于那些關系簡單的數據，適用面較狹窄。但是在其適用范圍內，表現出極高的IO性能。

Redis、MemcacheDB、LevelDB是此類數據庫的代表，常用于用戶信息存儲方面。

2.4 其他類型

除去上述三種類型，還有以MongoDB為代表的文檔存儲類型，其數據以.json和.xml格式的文檔存儲，可以任意存儲讀取數據而不受數據關系和規模的約束;以db4o為代表的對象存儲類型，其語法類似c++等面向對象語言，通過對象來保存數據;以ElasticSearch為代表的全文搜索引擎，主要針對傳統關系型數據全文搜索功能低下而產生的優化數據庫，等等[2]。

3NoSQL數據庫存儲數據的發展進程與現狀

最早發現關系型數據庫限制的是谷歌公司，為解決自身發展面臨的技術問題，它最早開發了GFS，順利克服了關系型數據庫技術的固有矛盾，后來為使得半結構化數據能夠更加便捷地進行存儲，谷歌公司又相繼開發出BigTable、MapReduce等數據庫類型。國內NoSQL數據庫的領軍者主要是騰訊公司及其他眾多的新型互聯網公司。

目前為止，市場上共有二十多種NoSQL數據庫，盡管都是非關系型數據庫，但是彼此有各自的優勢所在，需要使用者了解其不同特性，根據具體的需求靈活使用。可以說，NoSQL數據庫的出現是數據庫技術發展的必然趨勢，需要人們發揮自身的才智對其進行不斷完善。

參考文獻

[1] 劉玉程，李港.NoSQL數據庫與關系型數據庫對比[J].中國新通信，2018，20（07）：81.

[2] 雷宇輝，鐘雯，何清，等.Nosql數據庫研究文獻綜述[J].電子世界，2017，（04）：11-12.