总结数据库基础，并关注RDB和NoSQL之间的区别（初级篇）

数据库（DB）被用于以易于利用的形式持久管理大量数据。在运营Web服务等领域中，适当管理服务和用户数据非常重要，因此本文将为初学者总结数据库的类型和它们的使用场景，以基础知识为主要内容。

数据库的类型

首先，我们将关注它们的结构，并介绍三种不同的数据库。当然，它们都有一个共同的角色，即保存数据，但是由于在保存数据时的结构上有各自的特点，希望您在阅读时能够理解它们之间的差异。

1. 分层数据库

优点

層次数据库的优点在于访问特定数据时具有唯一路径，因此搜索速度非常快。

缺点

階層型数据库的缺点是当子节点属于多个父节点的情况发生时，必须重复注册数据。在上图中，例如，如果员工A不仅参与项目1，还参与项目2，那么需要在项目2下重新添加员工A。这样员工A就会重复注册到数据库中，导致结构冗余。

2. 网络型数据库

优点

网络型数据库的长处是，子节点可以拥有多个父节点。这样一来，就可以避免层次型数据库中的冗余结构问题。

缺点

网络型数据库的缺点是数据结构复杂，难以理解。虽然子节点可以有多个父节点的特点从冗余性的角度来说是优点，但与分层型数据库相比，也包含了结构变得复杂的缺点。如果无法理解结构，将最终无法访问数据。

3. 关系型数据库（RDB）

优点

RDB的优点是可以通过使用表来处理复杂的数据，使其易于理解。此外，由于消除了父子概念，因此不再需要遍历树结构来操作数据，而是可以直接操作各个数据。稍后会详细说明，RDB的数据操作是通过使用SQL语言进行的。

弱点

在关系数据库（RDB）中，通常需要使用多个表，因此为了正确处理数据，必须始终保持这些表之间的一致性。可能对于”一致性”这个词有点难以理解，我在这里补充说明一下。例如，在上述表中，领导者的信息被记录在员工ID中，但仅凭员工ID我们无法确定实际上是哪位员工，因此需要另外准备一张表来表示员工编号和员工间的关系。

假设在这种情况下，员工ID001的佐藤因为某种原因辞职，员工ID004的高桥接手了A项目的领导职务。这种情况下，首先因为员工离职，员工表会发生更新。接着由于A项目的领导变更，项目表也必须被修改。如果这个连续的更新操作没有延迟并且正确执行，那么可以说数据库保持一致性。如果只有其中一项更新被执行，那么数据库就会出现不一致。因此，在使用关系型数据库时，需要注意保持一致性。

補充

在这里，我简单地解释一下刚才提到的SQL。SQL是用于操作关系数据库的编程语言。关系数据库的操作基本上可以分为四个部分，并且这四个部分的首字母缩写是CRUD（创建、读取、更新、删除）操作。

在这里我们只简要提及，如果正确使用SQL，例如在上述的员工表中进行“年龄在30岁以上并且属于技术部门的员工”的条件搜索也可以轻松执行。顺便提一下，SQL命令具有国际标准，无论RDB的类型如何，都保持了一定的统一性，但并不完全相同，所以在每个RDB中需要根据情况选择使用。

非关系型数据库

在之前的说明中，提到了现在主流的数据库是关系型数据库（RDB）。那么，使用RDB可以保证世界上所有的应用都可以正常运行吗？很遗憾，RDB并不是万能的数据库。实际上，有些应用在RDB中处理起来比较困难，为了弥补RDB的缺点，出现了一种被称为NoSQL（Not Only SQL）的数据库类型。我们将在这里介绍NoSQL的特点，但为了更易理解，首先我们希望稍微深入探讨一下RDB的问题。

RDB的问题。

在之前对关系型数据库的缺点进行解释时，我提到了 “必须设计以保持数据的一致性”，但准确来说，”能够保持数据的一致性”本身就是使用关系型数据库的一项重大优点。然而，为了保证这一优点，必须付出牺牲性能的代价，这就构成了关系型数据库的问题所在。

1. 低分散性

从减轻服务器负载和处理服务器故障的角度来看，最好将数据库服务器分散设置。然而，如果将数据库服务器分散，例如多个服务器同时发生数据更新，数据的一致性就无法保证。因此，可以说数据库服务器的分散是困难的，至少对于数据的写入而言。

2. 不具备良好的扩展性

当处理的数据量增加时，无疑需要扩展服务器。然而，由于类似于“分布式”的原因，（至少对于数据写入来说）数据库服务器的扩展目前是困难的。

3. 处理速度很慢

因为关系型数据库在内部进行了各种处理以保持数据的完整性，所以在处理大量数据时可能会遇到速度不足的问题。

4. 修改模式困难。

首先，模式指的是数据的结构。在关系型数据库中，通过使用表格，数据结构变得更加清晰明了。但另一方面，这也意味着无法输入不符合表格模式的数据。当然，这并不意味着模式是绝对不可更改的，但后期修改模式是非常麻烦的。另外，由于输入的数据结构可能是不确定的，因此在某些情况下，在这种应用中使用关系型数据库是困难的。

满足不足之处。

本文介绍了为了保持数据的一致性而进行的“事务”和“验证”处理。事务是确保多个表的数据更新能够无矛盾进行的功能。当数据更新需要修改多个表时，如果只对部分表进行修改而导致处理不完整，就会导致数据不一致。通过进行事务处理，可以防止出现这种情况。如果万一在事务处理过程中出现了任何问题，可以将数据库状态恢复到事务处理之前（回滚）。另一方面，验证是对要写入数据库的数据设置条件。一个易理解的例子是，“密码必须至少有◯◯个字符”也是其中一种验证。通过这样做，可以防止将意外奇怪的数据写入数据库。

NoSQL的特点

总的来说，NoSQL具有解决上述关系数据库（RDB）问题的功能。因此，NoSQL的魅力在于其具有高度的分布性和可扩展性，能够处理不确定的数据模式，并且具有快速的处理速度。这样说的话，可能会让人误以为NoSQL比RDB更优越，但事实并非如此。NoSQL放弃了RDB的数据一致性这一重大优点来解决RDB的问题。因此，RDB和NoSQL并非一个更优越或更劣等的选择，而是根据应用程序的需求来适当选择使用。

在使用RDB和NoSQL时需要考虑的因素

根据之前的解释，用一句话概括两者的区别就是“如果更注重数据的可靠性（一致性），即使处理速度慢一点也可接受，则选择关系型数据库（RDB）；如果不太重视数据的可靠性（一致性），只是追求大量数据的高速处理，则选择非关系型数据库（NoSQL）”。

因为仅仅依靠一般的论述可能会有一些难以理解，所以我将举一个（虚构的）具体例子来说明。

金融机构的交易管理

在这个情况下，使用关系数据库（RDB）和非关系数据库（NoSQL）哪个是合适的呢？金融机构的交易管理涉及到管理用户之间的资金流动。在涉及到资金的场景中，数据的不一致绝对不能发生。例如，当A向B转账10万元时，如果A的账户减少了10万元，但B的账户没有任何变化，那将是一个严重的问题。因此，在这种情况下，可以说应该使用可以保证数据一致性的关系数据库（RDB）。

2.每个用户在热门电子商务网站上的产品浏览历史。

在这种情况下怎么办？首先，因为它是热门电子商务网站的产品浏览记录，所以预计处理的数据量要比金融机构的交易数据庞大。因此，考虑到数据处理速度很重要。此外，由于它是产品浏览记录，所以可能不需要像金融机构交易数据那样严格的数据一致性。因此，在这种情况下使用NoSQL数据库似乎更合适。

希望您将上述例子仅视作形象参考，因为其前提条件等非常模糊不清。

近年来，由于处理数据量的增加趋势，采用RDB提升服务器性能的方法已经不再适用于许多情况。尽管RDB仍然是主流，但预计NoSQL的重要性将进一步提高。

非关系型数据库（NoSQL）的结构。

我們已經在與關聯式數據庫進行比較的過程中介紹了NoSQL的特點，但實際內容是什麼樣的結構呢？在這裡我們將重點介紹NoSQL的分類，主要關注於數據結構。

1. 键值对形式 zhí duì shì)

键值型的NoSQL数据库，顾名思义，具有由键和值组成的数据结构。下面以表格为例进行具体说明。键扮演数据的ID角色，一旦确定了键，与之相关的值（数据）也就确定了一个。以表格的示例来说，当时间（键）确定时，相应的温度（值）也就确定了。

由于数据结构较关系型数据库（RDB）更简单，因此可以提高处理速度。具体例中的值是单一的，但也可以将其设置为列表等以包含多个值。作为键值对数据库，有Redis、Riak等。

2. 文档型

在NoSQL的文档型中，可以处理的数据格式为JSON和XML。以下是每种数据格式的具体示例，与键值对相比，它们可以处理更复杂的数据。然而，与关系型数据库不同的是，无需事先定义模式，因此可以处理灵活的数据。作为文档型数据库有MongoDB、CouchDB等。

[
  {'ID': '001','Name': 'Tanaka', 'Division': 'Sales'} 
  {'ID': '002','Name': 'Yoshida', 'Division': 'Engineering'}
] 

<?xml version='1.0' encoding='utf-8'>
<root>
    <employee>
        <employ>
            <ID>001</ID>
            <Name>Tanaka</Name>
            <Division>Sales</Division>         
        </employ>
        <employ>
            <ID>002</ID>
            <Name>Yoshida</Name>
            <Division>Engineering</Division>
        </employ>
    </employee>    
</root>

3. 列向型

以列为导向的NoSQL与关系数据库(RDB)一样，其数据结构也是表格的形式。不同之处在于对待数据的方式。虽然在关系数据库的描述中没有详细提及，但关系数据库是以行为单位处理数据的。我们再次使用关系数据库的描述中的表格，关系数据库可以根据「员工ID为001的数据」进行搜索，得到「佐藤、35岁、技术○○科、satoh@example.com」这样的数据。

就像它的名称所示，列式数据库处理数据以列为单位。因此，在需要进行批量列处理的情况下，它比关系数据库更快且更有用。Cassandra和HBase是一些列式数据库的例子。

4. 图表类型 (tú

在图形型的NoSQL中，数据的结构如下图所示。这个图形结构由节点、边和属性来描述。

• ノード・・・頂点を意味し、図中の薄灰色の丸がそれに該当する。ラベル（図中のUser）を付与されていることが多い。

 

• エッジ・・・辺を意味し、図中の矢印がそれに該当する。ノード間の関係性を表すのに用いられる。

 

プロパティ・・・ノードやエッジの属性を表す役割を持つ。図ではFollow, Name, Ageなどが該当。

图形数据库的最大特点是每个数据之间的关系都被明确地嵌入其中。在关系型数据库（RDB）中，数据的管理往往涉及多个表，虽然可以定义表之间的关联性，但无法直接定义每个数据之间的关系。因此，图形数据库具有比RDB更快的数据检索速度的优势。正如具体例中的图所示，它在表示社交网络中用户之间的连接等方面非常有效。作为图形数据库，Neo4j等工具可以使用。

在实际操作中，数据库如何被操作？

到目前为止，我们已经对各个数据库的特点和结构进行了解释。虽然这些都是非常重要的事情，但是在我们进行应用开发等工作时，如果不能对数据库进行数据保存、数据读取等操作，就无法开始工作。在这里，我想解释一下如何操作数据库的数据。

1. ORM（对象关系映射）

剛才我提到”RDB的數據是使用SQL語言進行操作”，這確實是正確的。例如，如果要在員工（Employee）表中添加一個”年齡25歲，所屬技術部，郵箱地址yoshida@example.com，員工ID為005的吉田”這樣的員工，可以按照以下的SQL語句進行添加。

INSERT INTO Employee (ID, name, age, division, mail) VALUES ("005", "yoshida", 25, "技術xx課", "yoshida@example.com");

然而，考虑到实际进行应用程序开发等工作的情景，我们可以发现这种方式存在不便之处。SQL语言只是用于操作RDB数据的语言，并不是我们开发应用程序（如实现登录功能等）时使用的语言。在Web应用程序开发中，例如使用PHP和Laravel等框架，仅在需要进行与数据库交互时才使用SQL语言，带出SQL语言可能会不方便且耗费时间。因此，ORM是一种”无需明确使用SQL语言即可操作数据库”的功能。

ORM是Object Relational Mapper的缩写。Relational指的是关系数据库，即RDB。Object指的是面向对象的对象，Mapper可以理解为“映射”的意思。使用对象的好处是，例如在像PHP这样的面向对象语言中，可以直接处理对象，而不需要再次使用SQL进行数据库操作。举个例子，对于php/Laravel来说，刚刚SQL中示例的数据添加操作将如下所示。

$employee = new Employee

$employee->ID="005"
$employee->name="yoshida"
$employee->age=25
$employee->devision="技術xx課"
$employee->mail="yoshida@example.com"

$employee->save()

创建一个名为”employee”的实例，为其属性如ID、姓名等赋值，并通过名为”save”的方法保存。尽管涉及与数据库相关的操作，但最终所做的与处理普通对象没有太大区别。

填補

爲了避免誤解，我想補充一點，ORM並不意味著不使用SQL。SQL實際上是寫在Employee的父類Model中，數據庫操作的本質還是通過SQL進行的。

2. 厂家代加工

ODM是Object Document Mapper的简称。ORM中的Relational被替换为Document。换句话说，ODM的目标不再是关系型数据库（RDB），而是文档型的NoSQL数据库。然而，ODM和ORM一样，仍然通过对象来操作数据库。

我想要关注的是，通过使用ORM和ODM，开发者无论是使用关系数据库还是NoSQL数据库，只需要处理对象即可。换句话说，ORM和ODM可以在不太意识到不同类型数据库的差异的情况下混合使用，这也带来了一些好处。

我已经总结了以上关于数据库基本内容的概述。如果有任何错误或建议，请指正。