云计算与大数据技术 课件 第13 章 NoSQL 数据库.pptx

NoSQL数据库简介

NoSQL数据库简介在早期，由于Web站点访问量和并发量相对较小，关系数据库足以应对。在云计算和大数据盛行的今天，情况发生了改变。像社交网络服务（SNS）这样的大型动态网站，不仅要应对超大规模的流量和高并发，还要满足瞬间成千上万次的读/写操作需求。在这种情况下，传统的关系数据库（如MySQL、Oracle、MicrosoftSQLServer等）往往会在磁盘I/O上遇到性能瓶颈。

NoSQL数据库简介NoSQL并不意味着“没有SQL”，而是指非关系数据库。它的核心理念是：在适合使用关系数据库的场景中使用关系数据库，但在不适合使用关系数据库的场景中，可以考虑使用更合适的数据存储方案。NoSQL数据库没有统一的模型，它们是非关系型的，并且具有多种多样的架构。

常见的NoSQL数据库（1）键值数据库解决关系数据库无法存储数据结构的问题，主要适用于对全局数据进行快速查找的低延时、高性能场景，以Redis为代表。（2）列式数据库解决关系数据库在大数据场景下的I/O问题，主要适用于数据量比较大或对数据进行联机分析处理（OLAP）和聚合统计的场景，以HBase为代表。

常见的NoSQL数据库（3）文档数据库解决关系数据库强Schema（表结构）约束的问题，主要适用于动态模式变更和支持敏捷开发的场景，以MongoDB为代表。（4）图数据库使用图作为存储模型来存储数据，可以高效存储不同顶点之间的关系，比较适用于解决社交网络、模式识别及路径寻找等问题，以Neo4j为代表。

NoSQL数据库分类

键值数据库键值数据库通过Key-Value的形式来存储数据，Key和Value可以是简单的对象，也可以是复杂的对象。其主要应用场景包括内容缓存，如会话、配置文件、参数、购物车、游戏、广告、物联网应用等；频繁读写，如拥有简单数据模型的应用等。

键值数据库范例

列式数据库列式数据库是按照列族（ColumnFamily）来存储数据的数据库。列族是指经常被一起查询的相关数据。列式数据库最大的特点是方便存储结构化和半结构化数据，方便进行数据压缩，对针对某一列或某几列的数据查询有非常大的I/O优势。

列式数据库每个列族存储在HDFS上的一个单独文件中（实现按列存储），Key和VersionNumber在每个列族中均有一份，空值不会被保存。

文档数据库文档数据库也被称为面向文档的数据库或文档存储，是在文档中存储信息的数据库。文档数据库进行数据存储的最小单位是文档，一个文档相当于关系数据库中的一条记录。同一个表中存储的文档属性可以是不同的，可以采用XML、JSON或JSONB等多种格式存储数据。

NoSQL数据库简介文档数据库中的每个文档都是自包含的数据单元，是一系列数据项的集合。文档是以字段-值对（Field：Value）的形式存储数据的。值的类型和结构可以有多种，包括字符串、数字、日期、数组等。文档的存储格式可以是JSON、BSON（二进制形式的JSON）和XML。

图数据库图数据库是一种存储图形关系的数据库，它利用图这种数据结构存储了实体（对象）之间的关系。图数据库典型的例子就是社交网络中人与人的关系、知识图谱中文档的引用等。数据模型主要是以节点和边（关系）来实现的，其特点在于能高效地解决复杂的关系问题。

图数据库Neo4j是一个使用Java实现的高性能NoSQL开源图数据库。它是一个嵌入式的、基于磁盘的、具备完全的事务特性的Java持久化引擎，但是它将结构化数据存储在网络（从数学角度称为图）上而不是表中。

图数据库关系数据库查询和图数据库查询

图数据库图数据库的应用场景如下。（1）社交网络领域。例如，微信、微博、抖音、快手、钉钉、Facebook、Twitter、Linkedin等使用图数据库来管理好友社交关系，查找共同好友，实现好友推荐、舆情追踪的功能。（2）电商领域。例如，淘宝、京东等使用图数据库分析产品和客户之间的关系，进行商品实时推荐、精准营销，给买家更好的购物体验等。零售商超公司通过分析商品门店与供应商之间的关系来优化供应链。（3）金融领域。例如，在线支付、网络银行，支付网络、支付关系或转账关系，资金流向识别、信用卡反欺诈等都可以使用图数据库做风控处理。

图数据库（4）电信领域。例如，使用图数据库分析不同呼叫方式的网络模型进行电信防骚扰、电信防诈骗。（5）网络安全领域。例如，使用图数据库进行攻击溯源和调用链分析。（6）IT运维领域。例如，使用图数据库，并利用设备之间的关系实现全网络设备的智能监控和管理。（7）车联网、物联网领域。例如，使用图数据库可以实现车与车、车与人、设备与设备之间的智能监控。