前言

NoSQL，泛指非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)不斷的發(fā)展，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在應(yīng)付新互聯(lián)網(wǎng)模式的網(wǎng)站，特別是超大規(guī)模和高并發(fā)的SNS類(lèi)型的純動(dòng)態(tài)網(wǎng)站已經(jīng)顯得力不從心，暴露了很多難以克服的問(wèn)題，而非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫(kù)則由于其本身的特點(diǎn)得到了非常迅速的發(fā)展。NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的產(chǎn)生就是為了解決大規(guī)模數(shù)據(jù)集合多重?cái)?shù)據(jù)種類(lèi)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，尤其是大數(shù)據(jù)應(yīng)用難題。而今天主要講用得比較多的三個(gè)NoSQL：Memcached、Redis、MongoDB。

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Memcached

優(yōu)點(diǎn)

1. Memcached可以利用多核優(yōu)勢(shì)，單實(shí)例吞吐量極高，可以達(dá)到幾十萬(wàn)QPS(取決于key、value的字節(jié)大小以及服務(wù)器硬件性能，日常環(huán)境中QPS高峰大約在4-6w左右)。適用于***程度扛量。
2. 支持直接配置為session handle。

缺點(diǎn)

1. 只支持簡(jiǎn)單的key/value數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不像Redis可以支持豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型。
2. 無(wú)法進(jìn)行持久化，數(shù)據(jù)不能備份，只能用于緩存使用，且重啟后數(shù)據(jù)全部丟失。
3. 無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，不能將MC中的數(shù)據(jù)遷移到其他MC實(shí)例中。
4. Memcached內(nèi)存分配采用Slab Allocation機(jī)制管理內(nèi)存，value大小分布差異較大時(shí)會(huì)造成內(nèi)存利用率降低，并引發(fā)低利用率時(shí)依然出現(xiàn)踢出等問(wèn)題。需要用戶(hù)注重value設(shè)計(jì)。

Redis

優(yōu)點(diǎn)

1. 支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如 string(字符串)、 list(雙向鏈表)、dict(hash表)、set(集合)、zset(排序set)、hyperloglog(基數(shù)估算)。
2. 支持持久化操作，可以進(jìn)行aof及rdb數(shù)據(jù)持久化到磁盤(pán)，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)備份或數(shù)據(jù)恢復(fù)等操作，較好的防止數(shù)據(jù)丟失的手段。
3. 支持通過(guò)Replication進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制，通過(guò)master-slave機(jī)制，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步復(fù)制，支持多級(jí)復(fù)制和增量復(fù)制，master-slave機(jī)制是Redis進(jìn)行HA的重要手段。
4. 單線程請(qǐng)求，所有命令串行執(zhí)行，并發(fā)情況下不需要考慮數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。
5. 支持pub/sub消息訂閱機(jī)制，可以用來(lái)進(jìn)行消息訂閱與通知。
6. 支持簡(jiǎn)單的事務(wù)需求，但業(yè)界使用場(chǎng)景很少，并不成熟。

缺點(diǎn)

1. Redis只能使用單線程，性能受限于CPU性能，故單實(shí)例CPU***才可能達(dá)到5-6wQPS每秒(取決于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)大小以及服務(wù)器硬件性能，日常環(huán)境中QPS高峰大約在1-2w左右)。
2. 支持簡(jiǎn)單的事務(wù)需求，但業(yè)界使用場(chǎng)景很少，并不成熟，既是優(yōu)點(diǎn)也是缺點(diǎn)。
3. Redis在string類(lèi)型上會(huì)消耗較多內(nèi)存，可以使用dict(hash表)壓縮存儲(chǔ)以降低內(nèi)存耗用。

MongoDB

優(yōu)點(diǎn)

1. 更高的寫(xiě)負(fù)載，MongoDB擁有更高的插入速度。
2. 處理很大的規(guī)模的單表，當(dāng)數(shù)據(jù)表太大的時(shí)候可以很容易的分割表。
3. 高可用性，設(shè)置M-S不僅方便而且很快，MongoDB還可以快速、安全及自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)(數(shù)據(jù)中心)故障轉(zhuǎn)移。
4. 快速的查詢(xún)，MongoDB支持二維空間索引，比如管道，因此可以快速及精確的從指定位置獲取數(shù)據(jù)。MongoDB在啟動(dòng)后會(huì)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)以文件映射的方式加載到內(nèi)存中。如果內(nèi)存資源相當(dāng)豐富的話，這將極大地提高數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)速度。
5. 非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的爆發(fā)增長(zhǎng)，增加列在有些情況下可能鎖定整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，或者增加負(fù)載從而導(dǎo)致性能下降，由于MongoDB的弱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式，添加1個(gè)新字段不會(huì)對(duì)舊表格有任何影響，整個(gè)過(guò)程會(huì)非常快速。

缺點(diǎn)

1. 不支持事務(wù)。
2. MongoDB占用空間過(guò)大 。
3. MongoDB沒(méi)有成熟的維護(hù)工具。

Memcached、Redis、MongoDB的區(qū)別

1.性能

• 三者的性能都比較高，總的來(lái)講：Memcached和Redis差不多，要高于MongoDB。

2.便利性

• Memcached數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一。
• Redis豐富一些，數(shù)據(jù)操作方面，Redis更好一些，較少的網(wǎng)絡(luò)IO次數(shù)。
• MongoDB支持豐富的數(shù)據(jù)表達(dá)，索引，最類(lèi)似關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，支持的查詢(xún)語(yǔ)言非常豐富。

3.存儲(chǔ)空間

• Memcached可以修改***可用內(nèi)存，采用LRU算法。
• Redis在2.0版本后增加了自己的VM特性，突破物理內(nèi)存的限制;可以對(duì)key value設(shè)置過(guò)期時(shí)間(類(lèi)似memcached)。
• MongoDB適合大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)，依賴(lài)操作系統(tǒng)VM做內(nèi)存管理，吃?xún)?nèi)存也比較厲害，服務(wù)不要和別的服務(wù)在一起。

4.可用性

• Memcached本身沒(méi)有數(shù)據(jù)冗余機(jī)制，也沒(méi)必要;對(duì)于故障預(yù)防，采用依賴(lài)成熟的hash或者環(huán)狀的算法，解決單點(diǎn)故障引起的抖動(dòng)問(wèn)題。
• Redis，依賴(lài)客戶(hù)端來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式讀寫(xiě);主從復(fù)制時(shí)，每次從節(jié)點(diǎn)重新連接主節(jié)點(diǎn)都要依賴(lài)整個(gè)快照,無(wú)增量復(fù)制，因性能和效率問(wèn)題，所以單點(diǎn)問(wèn)題比較復(fù)雜;不支持自動(dòng)sharding,需要依賴(lài)程序設(shè)定一致hash 機(jī)制。一種替代方案是，不用redis本身的復(fù)制機(jī)制，采用自己做主動(dòng)復(fù)制(多份存儲(chǔ))，或者改成增量復(fù)制的方式(需要自己實(shí)現(xiàn))，一致性問(wèn)題和性能的權(quán)衡。
• MongoDB支持master-slave,replicaset(內(nèi)部采用paxos選舉算法，自動(dòng)故障恢復(fù)),auto sharding機(jī)制，對(duì)客戶(hù)端屏蔽了故障轉(zhuǎn)移和切分機(jī)制。

5.可靠性

• Memcached不支持，通常用在做緩存，提升性能。
• Redis支持(快照、AOF)：依賴(lài)快照進(jìn)行持久化，aof增強(qiáng)了可靠性的同時(shí)，對(duì)性能有所影響。
• MongoDB從1.8版本開(kāi)始采用binlog方式支持持久化的可靠性。

6.一致性

• Memcached在并發(fā)場(chǎng)景下，用cas保證一致性。
• Redis事務(wù)支持比較弱，只能保證事務(wù)中的每個(gè)操作連續(xù)執(zhí)行。
• MongoDB不支持事務(wù)。

7.數(shù)據(jù)分析

• MongoDB內(nèi)置了數(shù)據(jù)分析的功能(mapreduce)，其他兩者不支持。

8.應(yīng)用場(chǎng)景

• Memcached：用于在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中減少數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載，提升性能;做緩存，提高性能(適合讀多寫(xiě)少，對(duì)于數(shù)據(jù)量比較大，可以采用sharding)。
• Redis：數(shù)據(jù)量較小的高性能操作和運(yùn)算上。
• MongoDB：主要解決海量數(shù)據(jù)的訪問(wèn)效率問(wèn)題。

總結(jié)分析

1. 若是簡(jiǎn)單的存取key-value(主要是讀)這樣的數(shù)據(jù)用Memcached好一些。若是要支持?jǐn)?shù)據(jù)持久化，量也不大，操作很頻繁，多數(shù)據(jù)類(lèi)型(如集合、散列之類(lèi)的)，用列表類(lèi)型做隊(duì)列之類(lèi)的高級(jí)應(yīng)用，就用Redis，但如果是數(shù)據(jù)量比較大時(shí)就采用MongoDB。
2. Memcached的很多客戶(hù)端更加成熟穩(wěn)定，Redis協(xié)議比Memcached復(fù)雜。Redis不可能比Memcached快?但是測(cè)試結(jié)果基本是Redis占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
3. 云數(shù)據(jù)庫(kù)Memcached版實(shí)例中的數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在內(nèi)存中的，當(dāng)出現(xiàn)宕機(jī)、機(jī)房斷電等意外，或是云數(shù)據(jù)庫(kù)Memcached版實(shí)例在正常升級(jí)維護(hù)時(shí)，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)均會(huì)丟失。因此，云數(shù)據(jù)庫(kù)Memcached版不能作為持久化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)使用。Redis的數(shù)據(jù)都存放在內(nèi)存中，如果沒(méi)有配置持久化，Redis重啟后數(shù)據(jù)就全丟失了，于是需要開(kāi)啟Redis的持久化功能，將數(shù)據(jù)保存到磁盤(pán)上，當(dāng)Redis重啟后，可以從磁盤(pán)中恢復(fù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)持久化。
4. 對(duì)于Redis和MongoDB來(lái)說(shuō)，大家一般稱(chēng)之為Redis緩存、MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)。Redis主要把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，其“緩存”的性質(zhì)遠(yuǎn)大于其“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)“的性質(zhì)，其中數(shù)據(jù)的增刪改查也只是像變量操作一樣簡(jiǎn)單;MongoDB卻是一個(gè)“存儲(chǔ)數(shù)據(jù)”的系統(tǒng)，增刪改查可以添加很多條件，就像SQL數(shù)據(jù)庫(kù)一樣靈活。
5. MongoDB和Redis都是NoSQL，采用結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。二者在使用場(chǎng)景中，存在一定的區(qū)別，這也主要由于二者在內(nèi)存映射的處理過(guò)程，持久化的處理方法不同。MongoDB建議集群部署，更多的考慮到集群方案，Redis更偏重于進(jìn)程順序?qū)懭耄m然支持集群，也僅限于主-從模式