關系型數據庫管理系統（RDBMS）與非關系型數據庫（NoSQL）之間的區別

簡介

關系型數據庫管理系統（RDBMS）用來操作建立在關系模型基礎上的數據庫，主要代表有：Microsoft SQL Server，Oracle，MySQL（開源）。

非關系型數據庫（NoSQL），主要代表有：MongoDB，Redis。

 

ACID vs BASE

ACID	BASE
原子性(Atomicity)	基本可用(Basically Available)
一致性(Consistency)	軟狀態/柔性事務(Soft state)
隔離性(Isolation)	最終一致性 (Eventual consistency)
持久性 (Durable)

 

ACID

ACID是關系型數據庫強一致性（Strong consistency）的四個要求。

(1) 原子性（Atomicity）：事務里的所有操作要么全都執行完成，要么全都不執行。只要有一個操作失敗，整個事務就失敗，事務會回滾至它們最初的狀態。

(2) 一致性（Consistency）：數據庫要一直處於一致的狀態，事務的運行不會改變數據庫原本的一致性約束。

(3) 隔離性（Isolation）：事務的執行不被其他事務干擾。如果一個事務要訪問的數據正在被另外一個事務修改，只要另外一個事務未提交，它所訪問的數據就不受未提交事務的影響。

(4) 持久性（Durable）：一旦事務提交后，它所做的修改將會永久的保存在數據庫上，即使出現系統故障也不會丟失。

 

（注：事務（Transaction）是用戶定義的一個操作序列。）

 

BASE

BASE是基於CAP理論逐步演化而來的，核心思想是即便不能達到強一致性，但是可以根據應用的特點采用適當的方式來達到最終一致性（Eventual consistency）。

(1) 基本可用（Basically Available）：分布式系統在出現故障的時候，允許損失部分可用性，即保證核心功能或者當前最重要功能可用。

(2) 軟狀態/柔性事務（Soft-state）：狀態可以有一段時間的不同步。

(3) 最終一致性（Eventual consistency）：當所有服務邏輯執行完成后，系統最后將回到一個一致的狀態。

 

ACID和BASE並沒有一個嚴格的界限，它們取決於組織和系統決定在哪里和如何架構這個系統的場景。它們可能允許在某些關鍵領域采取嚴格的ACID事務，其他領域標准稍微放松一些。

 

區別

1. 事務控制模型不同

RDBMS采用ACID模型，而很多NoSQL系統基本采用BASE模型。雖然有些NoSQL系統支持ACID，但只適用於單個條目。NoSQL不采用ACID的主要原因是其可擴展性方面的限制，如果文檔橫跨幾個服務器，事務控制將會很難實施。

總的來說，RDBMS關注一致性，而NoSQL系統則關注可用性。BASE系統顯著的特點是要保證在短時間內，即使有不同步的風險，也要允許新數據能夠被存儲。BASE系統傾向於簡單和迅速，因為它們不必編寫處理鎖定和釋放資源的代碼，它們的任務是保證流程運轉並稍后處理出錯的部分。

 

2. 數據結構不同

第一，關系型數據庫通常是以表格形式（行列）存儲數據，而NoSQL系統有多種存儲方式，包括列存儲（Cassandra）、key/value存儲（Redis）、文檔存儲（MongoDB）以及圖存儲（Neo4j）等。

第二，若要在關系型數據庫中存儲數據，必須先定義好模式（schemas），也就是用一種預定義的結構向數據庫說明：要有哪些表格，表中有哪些列，每一列都存放何種類型的數據。相比之下，NoSQL數據庫的數據存儲就比較隨意了。鍵值數據庫可以把任何數據存放在一個”鍵”的名下。文檔數據庫實際上也如此，它對所存儲的文檔結構沒有限制。

 

3. 可擴展性不同

第一，在關系型數據庫里，增刪字段是一件非常麻煩的事情。比如如果想刪除某列，如果此列和其他數據關聯，那么就無法輕易刪除。NoSQL因為數據之間無關系，因此非常容易擴展。一旦發現了新東西，只要把它們加入數據庫中就好。

第二，從架構的層面上講，RDBMS是垂直擴展，當RDBMS數據庫負載增加時，需要用更大更好的服務器來擴展數據庫（因為RDBMS需要支持join，union等操作，一般不支持分布式集群）。而NoSQL數據庫是橫向擴展，可以自動對數據進行分片，並將分片存儲在分布式系統（distributed system）上，這樣，就可以通過增加更多的服務器來進行擴展。

 

4. 數據讀寫速度不同

當關系型數據庫的數據量達到一定規模時，由於關系型數據庫的系統邏輯非常復雜，使得其非常容易發生死鎖等並發問題，導致其讀寫速度下滑非常嚴重。而NoSQL數據庫得益於它的數據庫結構非常簡單，且具有良好的集成緩存能力，讀寫性能非常好。

 

5. 成熟度不同

關系型數據庫使用SQL語言，各種數據庫之間的區別非常小。而NoSQL數據庫沒有統一的標准，其產品包括各種不同存儲類型的數據庫。 

 

6. 成本不同

第一，關系型數據庫軟件價格昂貴，而NoSQL數據庫基本都是開源軟件，不需要花費大量成本購買使用，相比關系型數據庫價格便宜。

第二，由於ACID模型非常復雜，維持高端的RDBMS系統是很昂貴的，需要訓練有素的人管理數據庫。而NoSQL數據庫部署簡單，通常使用廉價的服務器，管理也較少。

 

以下再摘錄一份MongoDB官網上的資料：https://www.mongodb.com/nosql-explained

NoSQL vs. SQL Summary

	SQL Databases	NoSQL Databases
Types	One type (SQL database) with minor variations	Many different types including key-value stores, document databases, wide-column stores, and graph databases
Development History	Developed in 1970s to deal with first wave of data storage applications	Developed in late 2000s to deal with limitations of SQL databases, especially scalability, multi-structured data, geo-distribution and agile development sprints
Examples	MySQL, Postgres, Microsoft SQL Server, Oracle Database	MongoDB, Cassandra, HBase, Neo4j
Data Storage Model	Individual records (e.g., 'employees') are stored as rows in tables, with each column storing a specific piece of data about that record (e.g., 'manager,' 'date hired,' etc.), much like a spreadsheet. Related data is stored in separate tables, and then joined together when more complex queries are executed. For example, 'offices' might be stored in one table, and 'employees' in another. When a user wants to find the work address of an employee, the database engine joins the 'employee' and 'office' tables together to get all the information necessary.	Varies based on database type. For example, key-value stores function similarly to SQL databases, but have only two columns ('key' and 'value'), with more complex information sometimes stored as BLOBs within the 'value' columns. Document databases do away with the table-and-row model altogether, storing all relevant data together in single 'document' in JSON, XML, or another format, which can nest values hierarchically.
Schemas	Structure and data types are fixed in advance. To store information about a new data item, the entire database must be altered, during which time the database must be taken offline.	Typically dynamic, with some enforcing data validation rules. Applications can add new fields on the fly, and unlike SQL table rows, dissimilar data can be stored together as necessary. For some databases (e.g., wide-column stores), it is somewhat more challenging to add new fields dynamically.
Scaling	Vertically, meaning a single server must be made increasingly powerful in order to deal with increased demand. It is possible to spread SQL databases over many servers, but significant additional engineering is generally required, and core relational features such as JOINs, referential integrity and transactions are typically lost.	Horizontally, meaning that to add capacity, a database administrator can simply add more commodity servers or cloud instances. The database automatically spreads data across servers as necessary.
Development Model	Mix of open-source (e.g., Postgres, MySQL) and closed source (e.g., Oracle Database)	Open-source
Supports multi-record ACID transactions	Yes	Mostly no. MongoDB 4.0 and beyond support multi-document ACID transactions. Learn more
Data Manipulation	Specific language using Select, Insert, and Update statements, e.g. SELECT fields FROM table WHERE…	Through object-oriented APIs
Consistency	Can be configured for strong consistency	Depends on product. Some provide strong consistency (e.g., MongoDB, with tunable consistency for reads) whereas others offer eventual consistency (e.g., Cassandra).

 

結論

傳統的關系型數據庫具有不錯的性能，穩定性好，久經歷史考驗，積累了大量的成功案例。而NoSQL數據庫的出現，則彌補了關系型數據庫在某些方面的不足，能極大地節省開發成本和維護成本。

 

兩者都有各自的特點和應用場景，將由你的應用業務需求決定適合使用傳統的RDBMS還是NoSQL系統。

 

對於金融業，可用性和性能都不是最重要的，而一致性是最重要的，用戶可以容忍系統故障而停止服務，但絕不能容忍帳戶上的錢無故減少(當然，無故增加是可以的)，此外，金融業還要求所有報表必須始終保持一致性和可信性，因此RDBMS ACID系統是理想的選擇。

 

而對於購物網站，可用性是最重要的，如果用戶生成訂單，不管什么情況，我們都不希望此信息受到阻塞。此外，用戶的個人信息，社交網絡，地理位置等用戶生成的數據呈幾何倍增長，如果要對這些用戶數據進行挖掘，那SQL數據庫已經不適合了， NoSQL數據庫卻能很好地處理這些大數據。

 

當然也可以把關系型數據庫和NoSQL結合起來使用，各取所長，需要使用關系特性的時候就使用關系型數據庫，需要使用NoSQL特性的時候我們使用NoSQL數據庫。比如用戶評論的存儲，評論大概有主鍵id、評論的對象aid、評論內容content、用戶uid等字段。我們能確定的是評論內容content肯定不會在數據庫中用where content="..."查詢，評論內容也是一個大文本字段，那么我們可以把主鍵id、評論對象aid、用戶uid存儲在關系型數據庫，評論內容存儲在NoSQL，這樣關系型數據庫就節省了存儲content占用的磁盤空間，從而節省大量IO。

 

此外，還可以把NoSQL作為緩存服務器，把熱點數據進行內存cache，非熱點數據存儲到磁盤以節省內存占用。