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隨著互聯網web2.0網站的興起，非關系型的數據庫現在成了一個極其熱門的新領域， 非關系數據庫產品的發展非常迅速。而傳統的關系數據庫在應付web2.0網站，特別是超大規模和高并發的SNS類型的web2.0純動態網站已經顯得力不 從心，暴露了很多難以克服的問題，例如：

1、High performance – 對數據庫高并發讀寫的需求?
web2.0網站要根據用戶個性化信息來實時生成動態頁面和提供動態信息，所以基本上無法使用動態頁面靜態化技術，因此數據庫并發負載非常高，往往要達到 每秒上萬次讀寫請求。關系數據庫應付上萬次SQL查詢還勉強頂得住，但是應付上萬次SQL寫數據請求，硬盤IO就已經無法承受了。其實對于普通的BBS網 站，往往也存在對高并發寫請求的需求，例如像JavaEye網站的實時統計在線用戶狀態，記錄熱門帖子的點擊次數，投票計數等，因此這是一個相當普遍的需 求。

2、Huge Storage – 對海量數據的高效率存儲和訪問的需求?
類似Facebook，twitter，Friendfeed這樣的SNS網站，每天用戶產生海量的用戶動態，以Friendfeed為例，一個月就達到 了2.5億條用戶動態，對于關系數據庫來說，在一張2.5億條記錄的表里面進行SQL查詢，效率是極其低下乃至不可忍受的。再例如大型web網站的用戶登 錄系統，例如騰訊，盛大，動輒數以億計的帳號，關系數據庫也很難應付。

3、High Scalability && High Availability- 對數據庫的高可擴展性和高可用性的需求?
在基于web的架構當中，數據庫是最難進行橫向擴展的，當一個應用系統的用戶量和訪問量與日俱增的時候，你的數據庫卻沒有辦法像web server和app server那樣簡單的通過添加更多的硬件和服務節點來擴展性能和負載能力。對于很多需要提供24小時不間斷服務的網站來說，對數據庫系統進行升級和擴展 是非常痛苦的事情，往往需要停機維護和數據遷移，為什么數據庫不能通過不斷的添加服務器節點來實現擴展呢？

在上面提到的“三高”需求面前，關系數據庫遇到了難以克服的障礙，而對于web2.0網站來說，關系數據庫的很多主要特性卻往往無用武之地，例如：

1、數據庫事務一致性需求?
很多web實時系統并不要求嚴格的數據庫事務，對讀一致性的要求很低，有些場合對寫一致性要求也不高。因此數據庫事務管理成了數據庫高負載下一個沉重的負 擔。

2、數據庫的寫實時性和讀實時性需求?
對關系數據庫來說，插入一條數據之后立刻查詢，是肯定可以讀出來這條數據的，但是對于很多web應用來說，并不要求這么高的實時性，比方說發一條消息之 后，過幾秒乃至十幾秒之后，我的訂閱者才看到這條動態是完全可以接受的。

3、對復雜的SQL查詢，特別是多表關聯查詢的需求?
任何大數據量的web系統，都非常忌諱多個大表的關聯查詢，以及復雜的數據分析類型的復雜SQL報表查詢，特別是SNS類型的網站，從需求以及產品設計角 度，就避免了這種情況的產生。往往更多的只是單表的主鍵查詢，以及單表的簡單條件分頁查詢，SQL的功能被極大的弱化了。

因此，關系數據庫在這些越來越多的應用場景下顯得不那么合適了，為了解決這類問題的非關系數據庫應運而生，現在這兩年，各種各樣非關系數據庫，特別是鍵值 數據庫(Key-Value Store DB)風起云涌，多得讓人眼花繚亂。前不久國外剛剛舉辦了NoSQL Conference，各路NoSQL數據庫紛紛亮相，加上未亮相但是名聲在外的，起碼有超過10個開源的NoSQLDB，例如：

Redis，Tokyo Cabinet，Cassandra，Voldemort，MongoDB，Dynomite，HBase，CouchDB，Hypertable， Riak，Tin， Flare， Lightcloud， KiokuDB，Scalaris， Kai， ThruDB?，? ……

這些NoSQL數據庫，有的是用C/C++編寫的，有的是用Java編寫的，還有的是用Erlang編寫的，每個都有自己的獨到之處，看都看不過來了，這 些NoSQL數據庫大致可以分為以下的三類：

一、滿足極高讀寫性能需求的Kye-Value數據庫：Redis，Tokyo Cabinet， Flare

高性能Key-Value數據庫的主要特點就是具有極高的并發讀寫性能，Redis，Tokyo Cabinet， Flare，這3個Key-Value DB都是用C編寫的，他們的性能都相當出色，但出了出色的性能，他們還有自己獨特的功能：

1、Redis
Redis是一個很新的項目，剛剛發布了1.0版本。Redis本質上是一個Key-Value類型的內存數據庫，很像memcached，整個數據庫統 統加載在內存當中進行操作，定期通過異步操作把數據庫數據flush到硬盤上進行保存。因為是純內存操作，Redis的性能非常出色，每秒可以處理超過 10萬次讀寫操作，是我知道的性能最快的Key-Value DB。

Redis的出色之處不僅僅是性能，Redis最大的魅力是支持保存List鏈表和Set集合的數據結構，而且還支持對List進行各種操作，例如從 List兩端push和pop數據，取List區間，排序等等，對Set支持各種集合的并集交集操作，此外單個value的最大限制是1GB，不像 memcached只能保存1MB的數據，因此Redis可以用來實現很多有用的功能，比方說用他的List來做FIFO雙向鏈表，實現一個輕量級的高性 能消息隊列服務，用他的Set可以做高性能的tag系統等等。另外Redis也可以對存入的Key-Value設置expire時間，因此也可以被當作一 個功能加強版的memcached來用。

Redis的主要缺點是數據庫容量受到物理內存的限制，不能用作海量數據的高性能讀寫，并且它沒有原生的可擴展機制，不具有scale（可擴展）能力，要 依賴客戶端來實現分布式讀寫，因此Redis適合的場景主要局限在較小數據量的高性能操作和運算上。目前使用Redis的網站有 github，Engine Yard。

2、Tokyo Cabinet和Tokoy Tyrant
TC和TT的開發者是日本人Mikio Hirabayashi，主要被用在日本最大的SNS網站mixi.jp上，TC發展的時間最早，現在已經是一個非常成熟的項目，也是Kye-Value 數據庫領域最大的熱點，現在被廣泛的應用在很多很多網站上。TC是一個高性能的存儲引擎，而TT提供了多線程高并發服務器，性能也非常出色，每秒可以處理 4-5萬次讀寫操作。

TC除了支持Key-Value存儲之外，還支持保存Hashtable數據類型，因此很像一個簡單的數據庫表，并且還支持基于column的條件查詢， 分頁查詢和排序功能，基本上相當于支持單表的基礎查詢功能了，所以可以簡單的替代關系數據庫的很多操作，這也是TC受到大家歡迎的主要原因之一，有一個 Ruby的項目miyazakiresistance將TT的hashtable的操作封裝成和ActiveRecord一樣的操作，用起來非常爽。

TC/TT在mixi的實際應用當中，存儲了2000萬條以上的數據，同時支撐了上萬個并發連接，是一個久經考驗的項目。TC在保證了極高的并發讀寫性能 的同時，具有可靠的數據持久化機制，同時還支持類似關系數據庫表結構的hashtable以及簡單的條件，分頁和排序操作，是一個很棒的NoSQL數據 庫。

TC主要的缺點是沒有scale的能力，如果單機無法滿足要求，只能通過主從復制的方式擴展，另外有人提到TC的性能會隨著數據量的增加而下降，當數據量 上億條以后，性能會有比較明顯的下降。

這個是Tim Yang做的一個Memcached，Redis和Tokyo Tyrant的簡單的性能評測，僅供參考

3、Flare
TC是日本第一大SNS網站mixi開發的，而Flare是日本第二大SNS網站green.jp開發的，有意思吧。Flare簡單的說就是給TC添加了 scale功能。他替換掉了TT部分，自己另外給TC寫了網絡服務器，Flare的主要特點就是支持scale能力，他在網絡服務端之前添加了一個 node server，來管理后端的多個服務器節點，因此可以動態添加數據庫服務節點，刪除服務器節點，也支持failover。如果你的使用場景必須要讓TC可 以scale，那么可以考慮flare。

flare唯一的缺點就是他只支持memcached協議，因此當你使用flare的時候，就不能使用TC的table數據結構了，只能使用TC的 key-value數據結構存儲。

二、滿足海量存儲需求和訪問的面向文檔的數據庫：MongoDB，CouchDB

面向文檔的非關系數據庫主要解決的問題不是高性能的并發讀寫，而是保證海量數據存儲的同時，具有良好的查詢性能。MongoDB是用C++開發的，而 CouchDB則是Erlang開發的：

1、MongoDB
MongoDB是一個介于關系數據庫和非關系數據庫之間的產品，是非關系數據庫當中功能最豐富，最像關系數據庫的。他支持的數據結構非常松散，是類似 json的bjson格式，因此可以存儲比較復雜的數據類型。Mongo最大的特點是他支持的查詢語言非常強大，其語法有點類似于面向對象的查詢語言，幾 乎可以實現類似關系數據庫單表查詢的絕大部分功能，而且還支持對數據建立索引。

Mongo主要解決的是海量數據的訪問效率問題，根據官方的文檔，當數據量達到50GB以上的時候，Mongo的數據庫訪問速度是MySQL的10倍以 上。Mongo的并發讀寫效率不是特別出色，根據官方提供的性能測試表明，大約每秒可以處理0.5萬－1.5次讀寫請求。

因為Mongo主要是支持海量數據存儲的，所以Mongo還自帶了一個出色的分布式文件系統GridFS，可以支持海量的數據存儲，但我也看到有些評論認 為GridFS性能不佳，這一點還是有待親自做點測試來驗證了。

最后由于Mongo可以支持復雜的數據結構，而且帶有強大的數據查詢功能，因此非常受到歡迎，很多項目都考慮用MongoDB來替代MySQL來實現不是 特別復雜的Web應用，比方說why we migrated from MySQL to MongoDB就是一個真實的從MySQL遷移到MongoDB的案例，由于數據量實在太大，所以遷移到了Mongo上面，數據查詢的速度得到了非常顯著 的提升。

MongoDB也有一個ruby的項目MongoMapper，是模仿Merb的DataMapper編寫的MongoDB的接口，使用起來非常簡單，幾 乎和DataMapper一模一樣，功能非常強大易用。

2、CouchDB
CouchDB現在是一個非常有名氣的項目，似乎不用多介紹了。但是我卻對CouchDB沒有什么興趣，主要是因為CouchDB僅僅提供了基于HTTP REST的接口，因此CouchDB單純從并發讀寫性能來說，是非常糟糕的，這讓我立刻拋棄了對CouchDB的興趣。

三、滿足高可擴展性和可用性的面向分布式計算的數據庫：Cassandra，Voldemort

面向scale能力的數據庫其實主要解決的問題領域和上述兩類數據庫還不太一樣，它首先必須是一個分布式的數據庫系統，由分布在不同節點上面的數據庫共同 構成一個數據庫服務系統，并且根據這種分布式架構來提供online的，具有彈性的可擴展能力，例如可以不停機的添加更多數據節點，刪除數據節點等等。因 此像Cassandra常常被看成是一個開源版本的Google BigTable的替代品。Cassandra和Voldemort都是用Java開發的：

1、Cassandra
Cassandra項目是Facebook在2008年開源出來的，隨后Facebook自己使用Cassandra的另外一個不開源的分支，而開源出來 的Cassandra主要被Amazon的Dynamite團隊來維護，并且Cassandra被認為是Dynamite2.0版本。目前除了 Facebook之外，twitter和digg.com都在使用Cassandra。

Cassandra的主要特點就是它不是一個數據庫，而是由一堆數據庫節點共同構成的一個分布式網絡服務，對Cassandra的一個寫操作，會被復制到 其他節點上去，對Cassandra的讀操作，也會被路由到某個節點上面去讀取。對于一個Cassandra群集來說，擴展性能是比較簡單的事情，只管在 群集里面添加節點就可以了。我看到有文章說Facebook的Cassandra群集有超過100臺服務器構成的數據庫群集。

Cassandra也支持比較豐富的數據結構和功能強大的查詢語言，和MongoDB比較類似，查詢功能比MongoDB稍弱一些，twitter的平臺 架構部門領導Evan Weaver寫了一篇文章介紹Cassandra：http://blog.evanweaver.com/articles/2009/07/06 /up-and-running-with-cassandra/，有非常詳細的介紹。

Cassandra以單個節點來衡量，其節點的并發讀寫性能不是特別好，有文章說評測下來Cassandra每秒大約不到1萬次讀寫請求，我也看到一些對 這個問題進行質疑的評論，但是評價Cassandra單個節點的性能是沒有意義的，真實的分布式數據庫訪問系統必然是n多個節點構成的系統，其并發性能取 決于整個系統的節點數量，路由效率，而不僅僅是單節點的并發負載能力。

2、Voldemort
Voldemort是個和Cassandra類似的面向解決scale問題的分布式數據庫系統，Cassandra來自于Facebook這個SNS網 站，而Voldemort則來自于Linkedin這個SNS網站。說起來SNS網站為我們貢獻了n多的NoSQL數據庫，例如 Cassandar，Voldemort，Tokyo Cabinet，Flare等等。Voldemort的資料不是很多，因此我沒有特別仔細去鉆研，Voldemort官方給出Voldemort的并發讀 寫性能也很不錯，每秒超過了1.5萬次讀寫。

從Facebook開發Cassandra，Linkedin開發Voldemort，我們也可以大致看出國外大型SNS網站對于分布式數據庫，特別是對 數據庫的scale能力方面的需求是多么殷切。前面提到，web應用的架構當中，web層和app層相對來說都很容易橫向擴展，唯有數據庫是單點的，極難 scale，現在Facebook和Linkedin在非關系型數據庫的分布式方面探索了一條很好的方向，這也是為什么現在Cassandra這么熱門的 主要原因。

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總結

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