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各种 NoSQL 的比较

译者: LCTT bazz2

| 2013-10-28 22:01      

即使关系型数据库依然是非常有用的工具,但它们持续几十年的垄断地位就要走到头了。现在已经存在无数能撼动关系型数据库地位的 NoSQL,当然,这些 NoSQL 还无法完全取代它们。(也就是说,关系型数据库还是处理关系型事务的最佳方式。)

NoSQL 与 NoSQL 之间的区别,要远大于不同的 SQL 数据库之间的区别,所以软件架构师必须要在项目一开始就选好一款合适的 NoSQL。

考虑到这种情况,本文为大家介绍以下几种 NoSQL 之间的区别:Cassandra, Mongodb, CouchDB, Redis, Riak, Couchbase (ex-Membase), Hypertable, ElasticSearch, Accumulo, VoltDB, Kyoto Tycoon, Scalaris, Neo4jHBase

最流行的 NoSQL

MongoDB 2.2版

开发语言: C++

主要特性: 保留 SQL 中一些用户友好的特性(查询、索引等)

许可证: AGPL (驱动: 采用Apache许可协议)

数据传输格式: 自定义,二进制( BSON 文档格式)

  • 主/从备份(支持自动故障切换功能)
  • 自带数据分片功能
  • 通过 javascript 表达式提供数据查询
  • 服务器端完全支持 javascript 脚本
  • 比 CouchDB 更好的升级功能
  • 数据存储使用内存映射文件技术
  • 功能丰富,性能不俗
  • 最好开启日志功能(使用 --journal 参数)
  • 在 32 位系统中,内存限制在 2.5GB
  • 空数据库占用 192MB 空间
  • 使用 GridFS(不是真正的文件系统)来保存大数据和元数据
  • 支持对地理数据建立索引
  • 可用于数据中心

应用场景:

  • 动态查询
  • 喜欢定义索引,而不是使用 map/reduce 功能
  • 高性能的大数据访问
  • 想使用 CouchDB 但数据变化频度太大

使用案例:

想布署 MySQL 或 PostgreSQL,但预先定义数据字典让你望而却步。这个时候,MongoDB 是你可以考虑的选项

Riak 1.2版

开发语言: Erlang、C、以及一些 JavaScript

主要特性: 容错机制(当一份数据失效,服务会自动切换到备份数据,保证服务一直在线 —— 译者注)

许可证: Apache

数据传输格式: HTTP/REST 架构,或自定义二进制格式

  • 可存储 BLOB(binary large object,二进制大对象,比如一张图片、一个声音文件 —— 译者注)
  • 可在分布式存储和复制存储之间作协调
  • 为了保证可验证性和安全性,Riak 在 JS 和 Erlaing 中提供提交前(pre-commit)和提交后(post-commit)钩子(hook)函数(你可以在提交数据前执行一个 hook,或者在提交数据后执行一个 hook —— 译者注)
  • JS 和 Erlang 提供映射和简化(map/reduce)编程模型
  • 使用 links 和 link walking ,用于图形化数据库(link 用于描述对象之间的关系,link walking 是一个用于查询对象关系的进程 —— 译者注)
  • 次要标记(secondaty indeces,开发者在写数据时可用多个名称来标记一个对象 —— 译者注),一次只能用一个
  • 支持大数据对象(Luwak)(Luwak 是 Riak 中的一个服务层,为大数据量对象提供简单的、面向文档的抽象,弥补了 Riak 的 Key/Value 存储格式在处理大数据对象方面的不足 —— 译者注)
  • 提供“开源”和“企业”两个版本
  • 基于Riak搜索的全文检索、建立索引和查询
  • 正在将存储后端从“Bitcask”迁移到 Google 的“LevelDB”上
  • 企业版本提供无主模式的多点复制(各点地位平等,非主从架构)和SNMP监控功能

应用场景:

  • 假如你想要类似 Dynamo 的数据库,但不想要它的庞大和复杂
  • 假如你需要良好的单点可扩展性、可用性和容错能力,但不想为多点备份买单。

使用案例:

销售点数据收集;工厂控制系统;必须实时在线的系统;需要易于升级的网站服务器

CouchDB 1.2版

开发语言: Erlang

主要特性: 数据一致性;易于使用

许可证: Apache

数据传输格式: HTTP/REST

  • 双向复制!(一种同步技术,每个备份点都有一份它们自己的拷贝,允许用户在存储点断线的情况下修改数据,当存储节点重新上线时,CouchDB 会对所有节点同步这些修改 —— 译者注)
  • 支持持续同步或者点对点同步
  • 支持冲突检测
  • 支持主主互备!(多个数据库实时同步数据,起到备份和分摊用户并行访问量的作用 —— 译者注)
  • 多版本并发控制(MVCC),写操作时不需要阻塞读操作(或者说不需要锁住数据库的读取操作)
  • 向下兼容以前版本的数据
  • 可靠的 crash-only 设计(所谓 crash-only,就是程序出错时,只需重启下程序,丢弃内存的所有数据,不需要执行复杂的数据恢复操作 —— 译者注)
  • 需要实时压缩数据
  • 视图(文档是 CouchDB 的核心概念,CouchDB 中的视图声明了如何从文档中提取数据,以及如何对提取出来的数据进行处理 —— 译者注):内嵌映射和简化(map/reduce)编程模型
  • 格式化的views字段:lists(包含把视图运行结果转换成非 JSON 格式的方法)和 shows(包含把文档转换成非 JSON 格式的方法)(在 CouchDB 中,一个 Web 应用是与一个设计文档相对应的。在设计文档中可以包含一些特殊的字段,views 字段包含永久的视图定义 —— 译者注)
  • 能够进行服务器端文档验证
  • 能够提供身份认证功能
  • 通过 _changes 函数实时更新数据!
  • 链接处理(attachment:couchDB 的每份文档都可以有一个 attachment,就像一份 email 有它的网址 —— 译者注)
  • 有个 CouchApps(第三方JS的应用)

应用场景:

  • 用于随机数据量多、需要预定义查询的地方
  • 用于版本控制比较重要的地方

使用案例:

可用于客户关系管理(CRM),内容管理系统(CMS);可用于主主互备甚至多机互备

Redis 2.4版

开发语言: C/C++

主要特性: 快到掉渣

许可证: BSD

数据传输格式: 类似 Telnet 式的交换

  • Redis 是一个内存数据库(in-memory database,简称 IMDB,将数据放在内存进行读写,这才是“快到掉渣”的真正原因 —— 译者注),磁盘只是提供数据持久化(即将内存的数据写到磁盘)的功能(这类数据库被称为“disk backed”数据库)
  • 当前不支持将磁盘作为 swap 分区,虚拟内存(VM)和 Diskstore 方式都没加到此版本(Redis 的数据持久化共有4种方式:定时快照、基于语句追加、虚拟内存、diskstore。其中 VM 方式由于性能不好以及不稳定的问题,已经被作者放弃,而 diskstore 方式还在实验阶段 —— 译者注)
  • 主从备份
  • 存储结构为简单的 key/value 或 hash 表
  • 但是操作比较复杂,比如:ZREVRANGEBYSCORE
  • 支持 INCR(INCR key 就是将key中存储的数值加一 —— 译者注)命令(对限速和统计有帮助)
  • 支持sets数据类型(以及 union/diff/inter)
  • 支持 lists (以及 queue/blocking pop)
  • 支持 hash sets (多级对象)
  • 支持 sorted sets(高效率的表,在范围查找方面有优势)
  • 支持事务处理!
  • 缓存中的数据可被标记为过期
  • Pub/Sub 实现了消息订阅和推送!

应用场景:

  • 适合布署快速多变的小规模数据(可以完全运行在存在中)

使用案例:

股价系统、分析系统、实时数据收集系统、实时通信系统、以及取代 memcached

Google Bigtable 的衍生品

HBase 0.92.0 版

开发语言: Java

主要特性: 支持几十亿行*几百万列的大表

许可证: Apache

数据传输格式: HTTP/REST (也支持 Thrift 开发框架)

  • 仿造 Google 的 BigTable
  • 使用 Hadoop 的 HDFS 文件系统作为存储
  • 使用 Hadoop 的映射和简化(map/reduce)编程模型
  • 查询条件被推送到服务器端,由服务器端执行扫描和过滤
  • 对实时查询进行优化
  • 高性能的 Thrift gateway(访问 HBase 的接口之一,特点是利用 Thrift 序列化支持多种语言,可用于异构系统在线访问 HBase 表数据 —— 译者注)
  • 使用 HTTP 通信协议,支持 XML、Protobuf 以及二进制格式
  • 支持基于 Jruby(JIRB)的shell
  • 当配置信息有更改时,支持 rolling restart(轮流重启数据节点)
  • 随机读写性能与 MySQL 一样
  • 一个集群可由不同类型的结点组成

应用场景:

  • Hadoop 可能是在大数据上跑 Map/Reduce 业务的最佳选择
  • 如果你已经搭建了 Hadoop/HDFS 架构,HBase 也是你最佳的选择。

使用案例:

搜索引擎;日志分析系统;扫描大型二维非关系型数据表。

Cassandra 1.2版

开发语言: Java

主要特性: BigTable 和 Dynamo的完美结合(Cassandra 以 Amazon 专有的完全分布式的 Dynamo 为基础,结合了Google BigTable基于 Column Family 的数据模型 —— 译者注)

许可证: Apache

数据传输格式: Thrift 和自定义二进制 CQL3(即 Cassandra 查询语言第3版 —— 译者注)

  • 可以灵活调整对数据的分布式或备份式存储(通过设置N,R,W之间的关系)(NRW是数据库布署模型中的概念,N是存储网络中复制数据的节点数,R是网络中读数据的节点数,W是网络中写数据的节点数。一个环境中N值是固定的,设置不同的WR值组合能在数据可用性和数据一致性之间取得不同的平衡,可参考 CAP 定理 —— 译者注)
  • 按列查询,按keys值排序后存储(需要包含你想要搜索的任何信息)(Cassandra 的数据模型借鉴自 BigTable 的列式存储,列式存储可以理解成这样,将行ID、列簇号,列号以及时间戳一起,组成一个Key,然后将Value按Key的顺序进行存储 —— 译者注)
  • 类似 BigTable 的特性:列、列簇
  • 支持分布式 hash 表,使用“类 SQL” 语言 —— CQL(但没有 SQL 中的 JOIN 语句)
  • 可以为数据设置一个过期时间(使用 INSERT 指令)
  • 写性能远高于读性能(读性能的瓶颈是磁盘 IO)
  • 可使用 Hadoop 的映射和简化(map/reduce)编程模型
  • 所有节点都相似,这点与 Hadop/HBase 架构不同
  • 可靠的跨数据中心备份解决方案

应用场景:

  • 写操作多于读操作的环境(比如日志系统)
  • 如果系统全部由 JAVA 组成(“没人会因为使用了 Apache 许可下的产品而被炒鱿鱼”(此句貌似是网上有人针对“Apache considered harmful”一文所作的回应 —— 译者注))

使用案例:

银行、金融机构;写性能强于读性能,所以 Cassandra 天生就是用来作数据分析的。

Hypertable 0.9.6.5版

开发语言: C++

主要特性: HBase 的精简版,但比 HBase 更快

许可证: GPL 2.0

数据传输格式: Thrift,C++库,或者 HQL shell

  • 采用与 Google BigTable 相似的设计
  • 运行在 Hadoop HDFS 之上
  • 使用自己的“类 SQL”语言 —— HQL
  • 可以根据 key 值、单元(cell)进行查找,可以在列簇上查找
  • 查询数据可以指定 key 或者列的范围
  • 由百度公司赞助(百度早在2009年就成为这个项目的赞助商了 —— 好吧译者表示有点大惊小怪了:P)
  • 能保留一个值的 N 个历史版本
  • 表在命名空间内定义
  • 使用 Hadoop 的 Map/reduce 模型

应用场景:

  • 假如你需要一个更好的HBase,就用Hypertable吧

使用案例:

与HBase一样,就是搜索引擎被换了下;分析日志数据的系统;适用于浏览大规模二维非关系型数据表。

Accumulo 1.4版

开发语言: Java 和 C++

主要特性: 一个有着单元级安全的 BigTable

许可证: Apache

数据传输格式: Thrift

  • 另一个 BigTable 的复制品,也是跑在 Hadoop 的上层
  • 单元级安全保证
  • 允许使用比内存容量更大的数据列
  • 通过 C++ 的 STL 可保持数据从 JAVA 环境的内存映射出来
  • 使用 Hadoop 的 Map/reduce 模型
  • 支持在服务器端编程

应用场景:

  • HBase的替代品

使用案例:

与HBase一样,就是搜索引擎被换了下;分析日志数据的系统;适用于浏览大规模二维非关系型数据表。

特殊用途

Neo4j V1.5M02 版

开发语言: Java

主要特性: 图形化数据库

许可证: GPL,AGPL(商业用途)

数据传输格式: HTTP/REST(或内嵌在 Java 中)

  • 可独立存在,或内嵌在 JAVA 的应用中
  • 完全的 ACID 保证(包括正在处理的数据)
  • 节点和节点的关系都可以拥有原数据
  • 集成基于“模式匹配”的查询语言(Cypher)
  • 支持“Gremlin”图形转化语言
  • 可对节点与节点关系进行索引
  • 良好的自包含网页管理技术
  • 多个算法实现高级文件查找功能
  • 可对 key 与 key 的关系进行索引
  • 优化读性能
  • 在 JAVA API 中实现事务处理
  • 可运行脚本 Groovy 脚本
  • 在商用版本中提供在线备份,高级监控和高可用性功能

应用场景:

  • 适用于用图形显示复杂的交互型数据。

使用案例:

搜寻社交关系网、公共传输链、公路路线图、或网络拓扑结构

ElasticSearch 0.20.1 版

开发语言: Java

主要特性: 高级搜索

许可证: Apache

数据传输格式: 通过 HTTP 使用 JSON 进行数据索引(插件:Thrift, memcached)

  • 以 JSON 形式保存数据
  • 提供版本升级功能
  • 有父文档和子文档功能
  • 文档有过期时间
  • 提供复杂多样的查询指令,可使用脚本
  • 支持写操作一致性的三个级别:ONE、QUORUM、ALL
  • 支持通过分数排序
  • 支持通过地理位置排序
  • 支持模糊查询(通过近似数据查询等方式实现)
  • 支持异步复制
  • 自动升级,也可通过设置脚本升级
  • 可以维持自动的“统计组”(对调试很有帮助)
  • 只有一个开发者(kimchy)

应用场景:

  • 当你有可伸缩性很强的项目并且想拥有“高级搜索”功能。

使用案例:

可布署一个约会服务,提供不同年龄、不同地理位置、不同品味的客户的交友需求。或者可以布署一个基于多项参数的排行榜。

其他

(不怎么有名,但值得在这里介绍一下)

Couchbase (ex-Membase) 2.0 版

开发语言: Erlang 和 C

主要特性: 兼容 Memcache,但数据是持久化的,并且支持集群

许可证: Apache

数据传输格式: 缓存和扩展(memcached + extensions)

  • 通过 key 访问数据非常快(20万以上IOPS)
  • 数据保存在磁盘(不像 Memcache 保存在内存中 —— 译者注)
  • 在主主互备中,所有节点数据是一致的
  • 提供类似 Memcache 将数据保存在内存的功能
  • 支持重复数据删除功能
  • 友好的集群管理 Web 界面
  • 支持池和多丛结构的代理(利用 Moxi 项目)
  • 支持 Map/reduce 模式
  • 支持跨数据中心备份

应用场景:

  • 适用于低延迟数据访问系统,高并发和高可用系统。

使用案例:

低延迟可用于广告定投;高并发可用于在线游戏(如星佳公司)。

VoltDB 2.8.4.1版

开发语言: Java

主要特性: 快速的事务处理和数据变更

许可证: GPL 3

数据传输格式: 专有方式

  • 运行在内存的关系型数据库
  • 可以将数据导入到 Hadoop
  • 支持 ANSI SQL
  • 在 JAVA 环境中保存操作过程
  • 支持跨数据中心备份

应用场景:

  • 适用于在大量传入数据中保证快速反应能力的场合。

使用案例:

销售点数据分析系统;工厂控制系统。

Scalaris 0.5版

开发语言: Erlang

主要特性: 分布式 P2P 键值存储

许可证: Apache

数据传输和存储的方式: 自有方式和 基于JSON的远程过程调用协议

  • 数据保存在内存中(使用 Tokyo Cabinet 作为后台时,数据可以持久化到磁盘中)
  • 使用 YAWS 作为 Web 服务器
  • Has transactions (an adapted Paxos commit)
  • 支持事务处理(基于 Paxos 提交)(Paxos 是一种基于消息传递模型的一致性算法 —— 译者注)
  • 支持分布式数据的一致性写操作
  • 根据 CAP 定理,数据一致性要求高于数据可用性(前提是在一个比较大的网络分区环境下工作)(CAP 定理:数据一致性consistency、数据可用性availability、分隔容忍partition tolerance是分布式计算系统的三个属性,一个分布式计算系统不可能同时满足全部三项)

应用场景:

  • 如果你喜欢 Erlang 并且想要使用 Mnesia 或 DETS 或 ETS,但你需要一个能使用多种语言(并且可扩展性强于 ETS 和 DETS)的技术,那就选它吧。

使用案例:

使用基于 Erlang 的系统,但是想通过 Python、Ruby 或 JAVA 访问数据库

Kyoto Tycoon 0.9.56版

开发语言: C++

主要特性: 轻量级网络数据库管理系统

许可证: GPL

数据传输和存储的方式: HTTP (TSV-RPC or REST)

  • 基于 Kyoto Cabinet, 是 Tokyo Cabinet 的成功案例
  • 支持多种存储后端:Hash,树、目录等等(所有概念都是从 Kyoto Cabinet 那里来的)
  • Kyoto Cabinet 可以达到每秒100万次插入/查询操作(但是 Tycoon 由于瓶颈问题,性能比 Cabinet 要差点)
  • 服务器端支持 Lua 脚本语言
  • 支持 C、JAVA、Python、Ruby、Perl、Lua 等语言
  • 使用访问者模式开发(visitor patten:让开发者能在不修改类层次结构的前提下,定义该类层次结构的操作 —— 不明白就算了,译者也不明白)
  • 支持热备、异步备份
  • 支持内存数据库在后端执行快照
  • 自动过期处理(可用来布署一个缓存服务器)

应用场景:

  • 当你想要一个很精准的后端存储算法引擎,并且速度是刚需的时候,玩玩 Kyoto Tycoon 吧。

使用案例:

缓存服务器;股价查询系统;数据分析系统;实时数据控制系统;实时交互系统;memcached的替代品。

 

 

当然,上述系统的特点肯定不止列出来这么点。我只是列出了我认为很关键的信息。另外科技发展迅猛,技术改变得非常快。

附:现在下定论比较孰优孰劣还为时过早。上述数据库的版本号以及特性我会一个一个慢慢更新。相信我,这些数据库的特性不会变得很快。

 

via: http://kkovacs.eu/cassandra-vs-mongodb-vs-couchdb-vs-redis

译者:bazz2 校对:wxy

本文由 LCTT 原创翻译,Linux中国 荣誉推出


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贡献时间:2013-10-10 -> 2016-09-27
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