数据库系统、衡量标准与No-sql定位

Dear 丶 2022-08-27 15:51 156阅读 0赞

**一、数据库管理系统的组成**

数据库管理系统包括五个方面：

1.是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据，简称DBMS；

2.DBMS对数据进行统一的管理和控制，以保证数据的安全性和完整性；

3.用户通过DBMS访问数据库中数据，管理员也通过DBMS进行数据库维护工作；

4.DBMS可以使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立，修改和查询数据；

5.DBMS提供数据定义语言DDL，数据库操作语言DML，提供权限与约束，进行添删改查；

**二、衡量数据库的标准**

上面明确了数据库系统的组成，但目前似乎有一个趋势：只要做数据处理，软件规模达到一定程度，似乎都称为了数据库，如HBase/MOngDB等。

但这些软件是否真的就是传统意义上的数据库，即需要明确两个概念：交易和事务属性。

在数据库系统中，一个交易是指：由一系列数据库操作组成的一个完整的逻辑过程。例如银行转帐，从原账户扣除金额，以及向目标账户添加金额，这两个数据库操作的总和，构成一个完整的逻辑过程，不可拆分。这个过程被称为一个交易，具有ACID特性。ACID的概念在[ISO][]/IEC10026-1:1992文件的第四段内有所说明。

**衡量是否是数据库的标准：**

ACID，是指在数据库管理系统（DBMS）中事务所具有的四个特性：

1）**原子性（Atomicity）**:一个事务（transaction）中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成，不会结束在中间某个环节。事务在执行过程中发生错误，会被回滚（Rollback）到事务开始前的状态，就像这个事务从来没有执行过一样。

2）**一致性（Consistency）**:在事务开始之前和事务结束以后，数据库的完整性没有被破坏。这表示写入的资料必须完全符合所有的默认规则，这包含资料的精确度、串联性以及后续数据库可以自发性地完成预定的工作。

3）**隔离性（Isolation）**:当两个或者多个事务并发访问（此处访问指查询和修改的操作）数据库的同一数据时所表现出的相互关系。事务隔离分为不同级别，包括读未提交（Read uncommitted）、读提交（read committed）、可重复读（repeatable read）和串行化（Serializable）。

4）**持久性（Durability）**:在事务完成以后，该事务对数据库所作的更改便持久地保存在数据库之中，并且是完全的。

三、NoSQL的CAP理论

NOSQL是基于CAP理论，CAP原则是Nosql数据库的基石：

**C一致性（Consistency）**：在分布式系统中的所有数据备份，在同一时刻是否同样的值,任何一个读操作都是读到相同的值；

**A可用性（Availability**）:在集群中一部分节点故障后，集群整体是否还能响应客户端的读写请求。（可用性不仅包括读，还有写），每个操作可以在任何时刻返回；

**P分区容忍性(Partitiontolerance)**:集群中的某些节点在无法联系后，集群整体是否还能继续进行服务。

在一致性与可用性的选择中，目前CAP最多能够满足两个，一般由于当前的网络硬件肯定会出现延迟丢包等问题，所以坚持分布式，有分区容忍性是必须需要实现的；选择C分区容忍性后，放弃C一致性，或A可用性。

**四、Nosql的定位与应用范围**

明确了nosql CAP原理后，再来说明nosql是否属于数据库，就比较清楚了；

衡量是否是数据库的标准：ACID，是指在数据库管理系统DBMS中事务所具有的四个特性；Nosql只具有其中的C和A两个属性，不具有I和D这两个特性，不能属于是传统意义的数据库。

NoSQL不具有事务的全部属性，但在某些方面，还是有其适用的场景。如：对于web2.0网站来说，关系数据库的很多主要特性却往往无用武之地

1.  数据库事务一致性需求   
很多web实时系统并不要求严格的数据库事务，对读一致性的要求很低，有些场合对写一致性要求并不高。允许实现最终一致性。

2.  数据库的写实时性和读实时性需求  
对关系数据库来说，插入一条数据之后立刻查询，是肯定可以读出来这条数据的，但是对于很多web应用来说，并不要求这么高的实时性，比方说发一条消息之后，过几秒乃至十几秒之后，我的订阅者才看到这条动态是完全可以接受的。

3.  对复杂的SQL查询，特别是多表关联查询的需求   
任何大数据量的web系统，都非常忌讳多个大表的关联查询，以及复杂的数据分析类型的报表查询，特别是SNS类型的网站，从需求以及产品设计角度，就避免了这种情况的产生。往往更多的只是单表的主键查询，以及单表的简单条件分页查询，SQL的功能被极大的弱化了。

由此也可以看出传统的关系型数据库和NoSQL的区别：传统的关系型数据库在功能支持上通常很宽泛，从简单的键值查询，到复杂的多表联合查询再到事务机制的支持。而与之不同的是，**NoSQL系统通常注重性能和扩展性，而非事务机制**（事务就是强一致性的体现）。  
　　传统的SQL数据库的事务通常都是支持ACID的强事务机制。A代表原子性，即在事务中执行多个操作是原子性的，要么事务中的操作全部执行，要么一个都不执行;C代表一致性，即保证进行事务的过程中整个数据加的状态是一致的，不会出现数据花掉的情况;I代表隔离性，即两个事务不会相互影响，覆盖彼此数据等;D表示持久化，即事务一量完成，那么数据应该是被写到安全的，持久化存储的设备上（比如磁盘）。  
　　NoSQL系统仅提供对行级别的原子性保证，也就是说同时对同一个Key下的数据进行的两个操作，在实际执行的时候是会串行的执行，保证了每一个Key-Value对不会被破坏。

所以说，NoSQL在一些特定的场景下具有独特的扩展性和性能优势，但由于不具有ACID的属性，不可能在一些关键的事物交易数据库中使用，也不可能完全代替目前关系型数据库的作用和地位，可以作为一个不错的补充软件出现。

[ISO]: http://zh.wikipedia.org/wiki/ISO