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MongoDB

  • 支持主流Web应用的关键功能:索引 复制 分片 丰富查询 灵活数据模型 速度

  • MongoDB能拓展出来的功能: 二级索引Secondary index 范围查询Range query 排序 聚合aggregation 地理空间索引geospatial index

RDBMS 遵循ACID规则

  • 事务在英文中是transaction,和现实世界中的交易很类似,它有如下四个特性:

A (Atomicity) 原子性

  • 原子性很容易理解,也就是说事务里的所有操作要么全部做完,要么都不做,事务成功的条件是事务里的所有操作都成功,只要有一个操作失败,整个事务就失败,需要回滚。

  • 比如银行转账,从A账户转100元至B账户,分为两个步骤:1)从A账户取100元;2)存入100元至B账户。这两步要么一起完成,要么一起不完成,如果只完成第一步,第二步失败,钱会莫名其妙少了100元。

C (Consistency) 一致性

  • 一致性也比较容易理解,也就是说数据库要一直处于一致的状态,事务的运行不会改变数据库原本的一致性约束。

  • 例如现有完整性约束a+b=10,如果一个事务改变了a,那么必须得改变b,使得事务结束后依然满足a+b=10,否则事务失败。

I (Isolation) 独立性

  • 所谓的独立性是指并发的事务之间不会互相影响,如果一个事务要访问的数据正在被另外一个事务修改,只要另外一个事务未提交,它所访问的数据就不受未提交事务的影响。

  • 比如现有有个交易是从A账户转100元至B账户,在这个交易还未完成的情况下,如果此时B查询自己的账户,是看不到新增加的100元的。

D (Durability) 持久性

  • 持久性是指一旦事务提交后,它所做的修改将会永久的保存在数据库上,即使出现宕机也不会丢失。

分布式系统

  • 分布式系统(distributed system)由多台计算机和通信的软件组件通过计算机网络连接(本地网络或广域网)组成。

  • 分布式系统是建立在网络之上的软件系统。正是因为软件的特性,所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。

  • 因此,网络和分布式系统之间的区别更多的在于高层软件(特别是操作系统),而不是硬件。

  • 分布式系统可以应用在在不同的平台上如:Pc、工作站、局域网和广域网上等。

分布式计算的优点

  • 可靠性(容错)分布式计算系统中的一个重要的优点是可靠性。一台服务器的系统崩溃并不影响到其余的服务器。

  • 可扩展性:在分布式计算系统可以根据需要增加更多的机器。

  • 资源共享:共享数据是必不可少的应用,如银行,预订系统。

  • 灵活性:由于该系统是非常灵活的,它很容易安装,实施和调试新的服务。

  • 更快的速度:分布式计算系统可以有多台计算机的计算能力,使得它比其他系统有更快的处理速度。

  • 开放系统:由于它是开放的系统,本地或者远程都可以访问到该服务。

  • 更高的性能:相较于集中式计算机网络集群可以提供更高的性能(及更好的性价比)。

分布式计算的缺点

  • 故障排除:故障排除和诊断问题。

  • 软件:更少的软件支持是分布式计算系统的主要缺点。

  • 网络:网络基础设施的问题,包括:传输问题,高负载,信息丢失等。

  • 安全性:开发系统的特性让分布式计算系统存在着数据的安全性和共享的风险等问题。

CAP定理(CAP theorem)

  • 在计算机科学中, CAP定理(CAP theorem), 又被称作 布鲁尔定理(Brewer's theorem), 它指出对于一个分布式计算系统来说,不可能同时满足以下三点:

  • 一致性(Consistency) (所有节点在同一时间具有相同的数据)

  • 可用性(Availability) (保证每个请求不管成功或者失败都有响应)

  • 分隔容忍(Partition tolerance) (系统中任意信息的丢失或失败不会影响系统的继续运作)

  • CAP理论的核心是:一个分布式系统不可能同时很好的满足一致性,可用性和分区容错性这三个需求,最多只能同时较好的满足两个。因此,根据 CAP 原理将 NoSQL 数据库分成了满足 CA 原则、满足 CP 原则和满足 AP 原则三 大类:

    • CA - 单点集群,满足一致性,可用性的系统,通常在可扩展性上不太强大。

    • CP - 满足一致性,分区容忍性的系统,通常性能不是特别高。

    • AP - 满足可用性,分区容忍性的系统,通常可能对一致性要求低一些。

BASE

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

  • CAP理论的核心是:一个分布式系统不可能同时很好的满足一致性,可用性和分区容错性这三个需求,最多只能同时较好的满足两个。

BASE是NoSQL数据库通常对可用性及一致性的弱要求原则

  • Basically Availble --基本可用

  • Soft-state --软状态/柔性事务。 "Soft state" 可以理解为"无连接"的, 而 "Hard state" 是"面向连接"的

  • Eventual Consistency --最终一致性 最终一致性, 也是是 ACID 的最终目的。

RDBMS vs NoSQL

RDBMS:

  • 高度组织化结构化数据

  • 结构化查询语言(SQL) (SQL)

  • 数据和关系都存储在单独的表中。

  • 数据操纵语言,数据定义语言

  • 严格的一致性

  • 基础事务

NoSQL:

  • 没有声明性查询语言

  • 没有预定义的模式

  • 键值对 存储,列存储,文档存储,图形数据库

  • 最终一致性,而非ACID属性

  • 非结构化和不可预知的数据

  • CAP定理

  • 高性能,高可用性和可伸缩性

NoSQL的优点/缺点

优点:

  • 高可扩展性

  • 分布式计算

  • 低成本

  • 架构的灵活性,半结构化数据

  • 没有复杂的关系

缺点:

  • 没有标准化

  • 有限的查询功能(到目前为止)

  • 最终一致是不直观的程序

为什么使用NoSQL

  • 今天我们可以通过第三方平台(如:Google,Facebook等)可以很容易的访问和抓取数据。用户的个人信息,社交网络,地理位置,用户生成的数据和用户操作日志已经成倍的增加。我们如果要对这些用户数据进行挖掘,那SQL数据库已经不适合这些应用了, NoSQL数据库的发展也却能很好的处理这些大的数据。

  • 作为一个互联网产品,Business Transaction Data类的数据相对于Web Application Data数据来说,是相对比较少的; Structured Data 对于 Unstructured and Semi-Structured Data 相对来说也是比较少的

  • 社会化关系网:

Each record: UserID1, UserID2
Separate records: UserID, first_name,last_name, age, gender,...
Task: Find all friends of friends of friends of ... friends of a given user.
  • Wikipedia 页面

Large collection of documents
Combination of structured and unstructured data
Task: Retrieve all pages regarding athletics of Summer Olympic before 1950.

MongoDB介绍

  • MongoDB 是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品,是非关系数据库当中功能最丰富,最像关系数据库的。

  • MongoDB 是由C++语言编写的,是一个基于分布式文件存储的开源数据库系统。在高负载的情况下,添加更多的节点,可以保证服务器性能。

  • MongoDB 旨在为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。

  • MongoDB 将数据存储为一个文档,数据结构由键值(key=>value)对组成。MongoDB 文档类似于 JSON 对象。字段值可以包含其他文档,数组及文档数组。

MongoDB主要特点

  • MongoDB的提供了一个面向文档存储,操作起来比较简单和容易。

  • 你可以在MongoDB记录中设置任何属性的索引 (如:FirstName="Sameer",Address="8 Gandhi Road")来实现更快的排序。

  • 你可以通过本地或者网络创建数据镜像,这使得MongoDB有更强的扩展性。

  • 如果负载的增加(需要更多的存储空间和更强的处理能力) ,它可以分布在计算机网络中的其他节点上这就是所谓的分片。

  • Mongo支持丰富的查询表达式。查询指令使用JSON形式的标记,可轻易查询文档中内嵌的对象及数组。

  • MongoDb 使用update()命令可以实现替换完成的文档(数据)或者一些指定的数据字段 。

  • Mongodb中的Map/reduce主要是用来对数据进行批量处理和聚合操作。

  • Map和Reduce。Map函数调用emit(key,value)遍历集合中所有的记录,将key与value传给Reduce函数进行处理。

  • Map函数和Reduce函数是使用Javascript编写的,并可以通过db.runCommand或mapreduce命令来执行MapReduce操作。

  • GridFS是MongoDB中的一个内置功能,可以用于存放大量小文件。

  • MongoDB允许在服务端执行脚本,可以用Javascript编写某个函数,直接在服务端执行,也可以把函数的定义存储在服务端,下次直接调用即可。

  • MongoDB支持各种编程语言:RUBY,PYTHON,JAVA,C++,PHP,C#等多种语言。

历史

  • 2007年10月,MongoDB由10gen团队所发展。2009年2月首度推出。

  • 2012年05月23日,MongoDB2.1 开发分支发布了! 该版本采用全新架构,包含诸多增强。

  • 2012年06月06日,MongoDB 2.0.6 发布,分布式文档数据库。

  • 2013年04月23日,MongoDB 2.4.3 发布,此版本包括了一些性能优化,功能增强以及bug修复。

  • 2013年08月20日,MongoDB 2.4.6 发布。

  • 2013年11月01日,MongoDB 2.4.8 发布。

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