非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫教學(xué)研究

李莉 廣東白云學(xué)院

一、引言

隨著當(dāng)前我國信息技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，其對(duì)當(dāng)代人的生活和工作也帶來了非常大的改變，翻天覆地的變革產(chǎn)生的同時(shí)也隨機(jī)產(chǎn)生了很多的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行管理，從而衍生了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與管理技術(shù)，其中數(shù)據(jù)庫技術(shù)是一種較為便利和高效的數(shù)據(jù)管理工具，主要可以分為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫兩種技術(shù)，相對(duì)而言，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生更早，通過模型來進(jìn)行數(shù)據(jù)組織，在應(yīng)用范圍上較為廣泛，而非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在設(shè)計(jì)模式時(shí)主要采用分布式非關(guān)系型，并且不提供數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理基本要素ACID，也具有突出的特點(diǎn)。

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫通過運(yùn)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠結(jié)合管理目標(biāo)和工作項(xiàng)目進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，從形成分散獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫方便使用，當(dāng)項(xiàng)目進(jìn)行拓展時(shí)，也能夠通過數(shù)據(jù)庫靈活使用滿足需求。但是需要注意的是，在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫選取時(shí)，必須進(jìn)行預(yù)先籌劃，如果未能合理規(guī)劃，便容易造成存儲(chǔ)和使用過程無法保障的問題，使得數(shù)據(jù)庫的維護(hù)和拓展過程難以正常實(shí)現(xiàn)。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫主要以數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性為基礎(chǔ)，通常包含的數(shù)據(jù)量非常大，因此在數(shù)據(jù)查找時(shí)會(huì)消耗較多的時(shí)間，從而對(duì)使用效率產(chǎn)生一定的影響，當(dāng)數(shù)據(jù)量過于龐大時(shí)，使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫保證效率較為困難。隨著當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫逐步進(jìn)入人們的生活中，并得到了業(yè)內(nèi)研究者的廣泛關(guān)注和應(yīng)用，特別是在規(guī)模非常龐大的社交網(wǎng)站中具有突出的應(yīng)用，能夠解決關(guān)系型數(shù)據(jù)庫暴露的諸多問題，相對(duì)來說在數(shù)據(jù)庫讀寫需求較大、存儲(chǔ)訪問需求較多、擴(kuò)展性需求較高的條件下更為適用。同時(shí)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在多表關(guān)聯(lián)查詢、實(shí)時(shí)讀寫、事務(wù)一致性等方面的要求也更高，當(dāng)相關(guān)網(wǎng)站難以實(shí)現(xiàn)此類條件時(shí)，便無法正確發(fā)揮其功能，因此業(yè)內(nèi)為了解決這一問題，初步探索和使用非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，取得了一定的應(yīng)用。但是當(dāng)前依然也存在一些使用中的不足，非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生較晚，加之使用多樣性和復(fù)雜性，因此也存在一定的使用難度，通常需要針對(duì)不同問題而針對(duì)性分析和設(shè)計(jì)。

二、數(shù)據(jù)庫概述

（一）數(shù)據(jù)庫特點(diǎn)

在信息量逐步龐大的時(shí)代背景下，傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)管理方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代化管理的需求，必須借助數(shù)據(jù)庫技術(shù)得以優(yōu)化運(yùn)用。通過對(duì)大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的處理，實(shí)現(xiàn)的管理和存儲(chǔ)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)倉庫的優(yōu)化運(yùn)用，因此我們可以將數(shù)據(jù)庫看作是各類數(shù)據(jù)和文件的電子化文件柜，用戶能夠便捷地進(jìn)行電子文件的查找、增加、刪除、修改等操作。為了更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫相關(guān)功能，需要日常對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行常態(tài)化的管理。在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理前，首先需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入或?qū)?，通過完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)后期的查詢等一系列操作，通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)的管理和操作，能夠顯著提升日常辦公和使用效率，因此，數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要應(yīng)當(dāng)具備如下五個(gè)特點(diǎn)：一是滿足數(shù)據(jù)共享的需要，要保證不同用戶在同一時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的讀取和寫入，通過各類接口設(shè)備的使用，能夠避免用戶大量重復(fù)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余，也能夠避免數(shù)據(jù)的不一致和不相容。二是保證數(shù)據(jù)的獨(dú)立性，如邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性等，邏輯獨(dú)立性需要數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與用戶應(yīng)用程序相對(duì)獨(dú)立，使用應(yīng)用程序進(jìn)行修改不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容產(chǎn)生影響；而物理獨(dú)立性主要指數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化不會(huì)影響數(shù)據(jù)的邏輯。三是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中控制，與傳統(tǒng)管理文件的方法有所不同的是，數(shù)據(jù)庫技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)文件數(shù)據(jù)的集中管理與控制，整個(gè)過程不再處于分散狀態(tài)，能夠使用更好更高效的數(shù)據(jù)模型展示數(shù)據(jù)間的關(guān)系。四是保證數(shù)據(jù)的可維護(hù)性和一致性，對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)要進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐暾钥刂?、安全性控制等操作，以防出現(xiàn)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤、更新和丟失，從而保證其有效性和正確性，特別是在對(duì)一段時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行多路存取數(shù)據(jù)，要防止用戶之間出現(xiàn)不正常交互，從而切實(shí)保障數(shù)據(jù)的安全性。五是數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)具備故障恢復(fù)能力和條件，當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)出現(xiàn)邏輯上或物理上的故障，應(yīng)當(dāng)能夠盡快恢復(fù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，防止其被破壞或產(chǎn)生毀滅性的損傷。

（二）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫一般是在二維表數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上創(chuàng)建得到的。通過二維表格存放關(guān)系模型中相應(yīng)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集合，因此將二維表稱作關(guān)系，用來表示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象與代表之間的關(guān)系，通過行和列不同的組成形式，展現(xiàn)出多對(duì)多、一對(duì)多、一對(duì)一等不同的關(guān)聯(lián)方法，因此關(guān)系型數(shù)據(jù)庫通常是二維表互相關(guān)聯(lián)得到的綜合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。SQL是一種結(jié)構(gòu)化查詢語言，是進(jìn)行數(shù)據(jù)庫編輯設(shè)計(jì)的語言，同時(shí)也是數(shù)據(jù)庫腳本文件，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)控制語言、數(shù)據(jù)操縱語言、數(shù)據(jù)查詢語言和數(shù)據(jù)定義語言的統(tǒng)一體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的全部操作，從查詢到錄入到修改和刪除等全過程都可以在SQL語言的幫助下實(shí)現(xiàn)，用戶僅需為計(jì)算機(jī)提供需要操作的指令，不再需要為其設(shè)置操作的過程便可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，從而提高了數(shù)據(jù)的獨(dú)立性，減少了用戶的工作量。在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，一般采用SQL作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)查詢語言，從而形成簡單易懂?dāng)?shù)據(jù)庫管理模式。在數(shù)十年的發(fā)展經(jīng)歷中，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫形成了豐富的理論基礎(chǔ)和技術(shù)產(chǎn)品，是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的主要組成部分，并且具有隔離性、持久性、一致性、原子性的特征，能夠解決一系列數(shù)據(jù)庫問題，因此在實(shí)際運(yùn)用中非常廣泛，但是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，在進(jìn)行高效擴(kuò)展架構(gòu)時(shí)會(huì)受到一定的影響，因此非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫也得到了大家的關(guān)注。

（三）非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

業(yè)內(nèi)將非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫也稱為NoSQL。主要是指非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，不僅僅依靠結(jié)構(gòu)化查詢語言，通過非關(guān)系型模型中的適當(dāng)設(shè)置，使其不僅能夠具有ACID的有關(guān)特性，而且能夠在關(guān)系型傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上更好地滿足互聯(lián)網(wǎng)需求，將開源免費(fèi)資源更加簡單便捷地向用戶提供，一方面擁有橫縱雙向的擴(kuò)展能力，在多個(gè)服務(wù)器上布置結(jié)構(gòu)特性，另一方面能夠保持結(jié)構(gòu)自由，使得其能夠更好地融入云計(jì)算環(huán)境，為云服務(wù)提供可能。

三、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的對(duì)比

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在具體使用過程中存在較大的差別，因此在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，需要充分考慮實(shí)際情況，并發(fā)揮出數(shù)據(jù)庫的特有優(yōu)勢(shì)。如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫具有邏輯清晰、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，便于理解。通過位表的使用能夠在表與表之間建立復(fù)雜的數(shù)據(jù)查詢結(jié)構(gòu)，因此在學(xué)習(xí)時(shí)更加的便捷，同時(shí)其具有一致性和完整性的突出特點(diǎn)，在維護(hù)時(shí)較為方便。但是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫同時(shí)存在結(jié)構(gòu)固定、海量數(shù)據(jù)讀寫效率不足，受一致性影響嚴(yán)重的特點(diǎn)。

非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫具有讀寫性高、格式靈活、數(shù)據(jù)種類多樣的特點(diǎn)，因其不再需要SQL進(jìn)行解析，所以在擴(kuò)展方面較為便捷，具有較好的數(shù)據(jù)性能。但是由于其不提供SQL支持，因此學(xué)習(xí)時(shí)具有較高的成本，并且事物處理相關(guān)功能比較欠缺。

從目前業(yè)內(nèi)情況來看，應(yīng)用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫已經(jīng)較為成熟，但是在非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用上尚顯不足。在當(dāng)前民眾對(duì)數(shù)據(jù)處理相應(yīng)需求不斷提升的背景下，給數(shù)據(jù)的高擴(kuò)展性提出了越來越多的要求，因此，業(yè)內(nèi)亟須探索從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫向非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的過渡，更好地適應(yīng)不同場景的應(yīng)用。

四、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫分類及應(yīng)用場景

對(duì)于非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，業(yè)內(nèi)的理解有許多方式，很多人認(rèn)為其可以看作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)方法的集合，而擺脫了嚴(yán)格意義上數(shù)據(jù)庫的概念，其應(yīng)用的場景主要包括如下一些種類：

（一）基于列式的存儲(chǔ)

通過流的方式形成列式存儲(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)過程，同時(shí)形成快速索引，幫助便捷查找數(shù)據(jù)，通過行檢索快速匹配列值，能夠?qū)崿F(xiàn)行的重組，使得系統(tǒng)具有較高的可擴(kuò)展性，操作也較為方便，此類方法對(duì)海量數(shù)據(jù)的適應(yīng)性較好，能夠良好的滿足云計(jì)算的相關(guān)需求，如當(dāng)前廣泛使用的Google BigTable等。

（二）鍵值對(duì)存儲(chǔ)

在非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，最簡單的存儲(chǔ)方式是鍵值對(duì)存儲(chǔ)方式，它可以看作是一個(gè)鍵值集合，每一個(gè)鍵分別對(duì)應(yīng)一個(gè)值，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型受限制較少，既可以是數(shù)字，也可以是字符串或封裝對(duì)象，通過組件的操作可以實(shí)現(xiàn)查詢與修改的完成，從而對(duì)大量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)存放和查找，在現(xiàn)實(shí)中有很多的應(yīng)用，如MemcacheDB、Redis數(shù)據(jù)庫等。

（三）文檔存儲(chǔ)

在進(jìn)行文檔存儲(chǔ)時(shí)，可以采用鍵值對(duì)存儲(chǔ)的形式，也可以讓每個(gè)key與相應(yīng)的value對(duì)應(yīng)，雖然這種方式更加的復(fù)雜，但是其在文檔存儲(chǔ)時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)，可以將特定文檔結(jié)構(gòu)通過特定模式完成存儲(chǔ)，便于后期進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算與查詢，當(dāng)前業(yè)內(nèi)的應(yīng)用典型包括MongoDB、CouchDB等。

（四）圖數(shù)據(jù)庫

當(dāng)數(shù)據(jù)庫所要面臨的問題與圖相關(guān)時(shí)，便涉及圖數(shù)據(jù)庫，該圖數(shù)據(jù)庫能夠給用戶提供網(wǎng)狀分布數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，用來管理復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基于圖模型提供數(shù)據(jù)管理解決方案，分為開源和閉源兩種，在社交網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中廣泛應(yīng)用，如FrockDB、OrientDB等。

五、結(jié)論

在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)不斷發(fā)展、數(shù)據(jù)規(guī)模不斷擴(kuò)大、數(shù)據(jù)復(fù)雜程度不斷提升的背景下，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在面對(duì)新型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常表現(xiàn)出不足，因此，應(yīng)當(dāng)更多的探索非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，借助其靈活性、高性能和易拓展的特點(diǎn)，使數(shù)據(jù)模型得到充分的發(fā)展，更好地突出企業(yè)具備的優(yōu)勢(shì)，雖然非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不支持SQL語言，導(dǎo)致學(xué)習(xí)和使用成本有所提升，在數(shù)據(jù)完整性和一致性方面也有所不足，但是如果使用時(shí)能夠充分考慮場景特點(diǎn)，將關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫合理選擇和應(yīng)用，便可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，充分發(fā)揮各自的特點(diǎn)，使其互相之間成為補(bǔ)充，更好的完善數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。