傳統關系型數據庫面臨的挑戰
- l High Performance——對數據庫高並發讀寫的需求
- l Huge Storage——對海量數據的高效率存儲的需求
- l High Scalability & High Availablity——對數據庫的高可擴展性和高可用性的需求。
對於當前的很多網站來說，關系數據庫的很多主要特性往往無用武之地，例如：
（1） 數據庫事務一致性需求（關於一致性的理解，下面的圖表很形象）
很多系統並不要求嚴格的數據庫事務，對讀一致性的要求很低，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）數據庫的實時性需求
對關系型數據庫來說，插入一條數據后立刻查詢，是肯定可以讀出來這條數據的，但是對於很多Web應用而言，並不要求這么高的實時性，比方說我發一條微博之后，過幾秒乃至十幾秒后，別人才提示有新微博，這是完全可以的。
（3）對復雜的SQL查詢，特別是多表關聯查詢的需求
大數據量的Web系統，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布查詢，SQL的功能被極大地弱化了。
什么是NoSQL
現在一般認為NoSQL全稱是Not Only SQL，是一種不同於關系型數據庫的數據庫管理系統設計方式。對NoSQL最普遍的解釋是“非關系型的”，強調Key-Value Stores和文檔數據庫的優點，而不是單純的反對RDBMS。
NoSQL的理論基礎
CAP，BASE和最終一致性是NoSQL數據庫存在的三大基石。
ACID vs. BASE
ACID，指數據庫事務正確執行的四個基本要素的縮寫。包含：原子性(Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability）。
（這張PPT是Brewer教授在PODC大會上用的PPT。）
BASE內容：
- Basically Availble ——基本可用
所謂的高可用性是指：每次插入或者刪除一條數據，執行的速度必須要快。也可以說，我們的每一次查詢都必須有結果返回。（盡管結果可能由於延遲而導致兩次的結果不一致）。在換句話說，也就是低延遲！
- Soft-state ——軟狀態/柔性事務，狀態可以有一段時間不同步
也就是一致性。見下面的圖表解釋
- Eventual Consistency ——最終一致性
最終我們獲得的是一致的，能達到這樣的目的就是正確的。
CAP原理
分布式系統中，有三種重要的屬性，分別是：
- 一致性(Consistency)：任何一個讀操作總是能讀取到之前完成的寫操作結果，也就是在分布式環境中，多點的數據是一致的。
- 可用性(Availability)：每一個操作總是能夠在確定的時間內返回，也就是系統隨時都是可用的。
- 分區容忍性(Tolerance of network Partition)：在出現網絡分區（比如斷網）的情況下，分離的系統也能正常運行。
這個概念比較難理解。
CAP原理的意思是，一個分布式系統不能同時滿足一致性，可用性和分區容錯性這三個需求，最多只能同時滿足兩個。
注意：可用性與分區容忍性在一些情況下很容易混淆。舉個例子，假設系統中有若干個節點宕機了，系統仍然能正常運行，那么應該說是系統的可用性高還是分區容忍性高呢？個人的理解是，這種應該理解為系統的分區容忍性高。因為若干個節點宕機，可以理解為這幾個節點與其它正常的節點失去聯系了，也就是出現了網絡分區，按照定義，這屬於分區容忍性的范疇。那么可用性是什么？個人的理解可用性更多強調的是，系統對於讀寫操作的反應快慢，反應越快，可用性越高。
CAP原理是由美國著名科學家，Berkerly大學Brewer教授提出的。后來麻省理工學院的兩位科學家證明了CAP原理的正確性。雖然在后來近十年的時間很多人對CAP原理出了很多異議，但是在NoSQL的世界中，它還是非常有參考價值的。
一致性or可用性，魚和熊掌不可得兼
下面是一個犧牲一致性換取可用性的小例子。
假設N1和N2是分布式環境下的兩個節點，它們有保存了共同的數據V，它們的值都是V0，A和B是兩個分別對數據進行操作的進程。我們看看這么一個過程：A向N1節點寫入了新的V值V1，B讀取V的值。
如果一切正常的話，這個過程看起來像是這樣的：
(1) A寫入V的新值V1。
(2) N1向N2發送消息M以更新V值。
(3) B讀取V的新值V2。
但是現實可能是這樣子的：
由於網絡分區，N1發向N2的消息很有可能沒送達，那么，B節點將讀取到一個過時的V值，不一致性產生了。並且當把節點的規模不斷擴大的時候，不一致性問題也會更加嚴重。
所以如果我們希望A B都是高可用的（也就是低延遲），那么一致性通常就不能得到很好的保證，我們必須要容忍一定的不一致性以換取高可用性。
參考資料
感謝博客：http://blog.sina.com.cn/s/blog_3fe961ae010139u6.html
《NoSQL數據庫綜述》，作者范凱
《NoSQL的模式》，作者Ricky Ho
Eventually Consistent - Revisited