数据库知识：NoSQL与SQL的对比

在数据科学领域，掌握数据库的相关知识是不可或缺的。对于数据科学专家来说，学会与数据库打交道、快速执行查询等技能是基本要求。本文将带了解数据库管理的基础知识，并探讨如何高效地进行数据库操作，这对于在数据科学领域的长远发展至关重要。

数据工程师需要与各种数据库打交道，尤其是SQL和NoSQL数据库。许多人对SQL数据库已经有一定的了解，但在转向NoSQL数据库时可能会感到困惑。本文旨在阐明这两种数据库类型之间的基本差异，帮助扫清学习道路上的障碍。

NoSQL数据库的基本概念

NoSQL并不是字面上的“非SQL”，而是指“不仅仅是SQL”。它代表了一种新型的数据库思考方式，能够处理大量结构化、半结构化和复杂的数据。NoSQL数据库技术是为了应对个人、事物和商品数据量的增加而创建的，这些数据的性能和处理需求以及访问频率都有所增加。传统的关系型数据库并不是为了处理现代应用中的数据规模和灵活性问题而设计的，它们也没有充分利用当今可用的廉价存储和处理能力。因此，NoSQL的主要目标是在SQL之外创建一个能够以更少结构化的方式轻松存储文本数据的替代数据库。

NoSQL数据库的特点和优势

与关系型数据库管理系统（RDBMS）相比，NoSQL具有更好的可扩展性和性能。它还能解决RDBMS未能解决的问题：

• NoSQL能够处理大量结构化、半结构化和非结构化数据。
• 可以轻松使用和集成面向对象编程（OOP）。
• 提供高效的扩展架构，而RDBMS主要运行在单体架构上。
• 由于内存缓存选项的存在，可以提高查询性能，实现敏捷迭代。
• 为大数据分析工具提供良好的支持。
• 能够在更便宜的硬件机器上运行。

NoSQL数据库的类型

NoSQL数据库主要包括以下几种类型：

• 文档型数据库：数据存储无需模式，因此可扩展性更高，使用JSON格式。例如MongoDB。
• 键值存储：在RDBMS中数据通常存储在表中，而在NoSQL中使用哈希表存储数据。每个表都有自己的标识。例如Riak、Voldemort和Redis。
• 图形数据库：主要用于导航和存储数据关系。例如Neo4J和HyperGraphDB。
• 列式存储：为NoSQL提供更多灵活性。例如Cassandra和HBase。

垂直和水平数据库的区别

垂直数据库和水平数据库的主要区别在于数据的物理布局和扩展方式：

• 垂直数据库：数据按列存储，通过垂直扩展增加计算能力。
• 水平数据库：数据按行存储，通过水平扩展增加计算能力。
• 垂直数据库所有数据存储在单个节点，而水平数据库只有部分数据存储在所有节点。
• 垂直数据库进行多核扩展，水平数据库进行单核扩展。

多语言持久性（Polyglot Persistence）

“多语言持久性”是指应用程序应该使用多种语言编写。当应用程序使用多种语言时，这些语言可以用来解决多种问题。这种方法可以解决数据存储效率问题，简化操作，并消除数据碎片化。

何时使用NoSQL而不是RDBMS

如果需要高性能的键值存储，因为关系数据库使用ACID事务，基于模式的过程会降低数据库性能，那么可以使用NoSQL。可能的使用场景包括：

• 需要多个JOIN查询的情况。
• 高流量网站。
• 使用非规范化数据。

CAP定理在NoSQL中的应用

CAP定理是NoSQL数据库中最可靠的三个保证之一，即一致性、可用性和分区容错性。节点将在网络中协同工作，从而使数据库的整个功能运行得更快。

数据库分片（Sharding）在NoSQL中的应用

数据库分片指的是根据NoSQL的时间适当模式分割数据库。数据可以通过分片存储在世界各地的多个可能独立的服务器上。数据库管理员可以轻松地从世界任何地方检索这些数据，并具有出色的数据速度特性。

NoSQL中跟踪数据记录关系的方法

可能的步骤包括：

1. 将所有数据嵌入到任何用户对象中。
2. 创建用户ID凭证。
3. 使用登录ID，需要提供评论值以及评论列表。

• 基本可用：确保数据的可访问性。任何查询都会得到响应（也可能是失败）。
• 软状态：随着时间的推移，系统的状态可能会发生变化。
• 最终一致性：假设一旦停止接受输入，系统最终将达到一致性。

• NoSQL的基本概念及其起源和流行的原因。
• NoSQL的关键特性和数据库类型。
• 多语言持久性、CAP定理、数据库分片等关键概念。
• 何时应该使用NoSQL而不是现有的RDBMS。
• NoSQL的BASE特性与RDBMS的ACID特性。