傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫、NoSQL、NewSQL，三者如何在云時代共處？

原標題：傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫、NoSQL、NewSQL，三者如何在云時代共處？

數(shù)據(jù)已經(jīng)是當下及未來最重要的生產(chǎn)資料，而伴隨數(shù)據(jù)價值的不斷提升，以及數(shù)據(jù)的爆炸式增長，數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲的重要載體，正在迎來變化。傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫越來越積極地擁抱未來，新型云原生的數(shù)據(jù)庫架構備受關注。

那么，關系型數(shù)據(jù)庫的未來走向如何？新型數(shù)據(jù)庫架構又有哪些？誰才是未來？不要著急下一個結論，本文在深入探討每一種數(shù)據(jù)庫優(yōu)劣勢的基礎上，結合未來，做一個全面的梳理。

關系型數(shù)據(jù)庫老矣？

關系型數(shù)據(jù)庫從出現(xiàn)至今，幾十年時間里一直是數(shù)據(jù)庫領域的佼佼者。

根據(jù)全球較為權威的DB-Engines公布的數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計排名，截至2018年6月，排名前6位的數(shù)據(jù)庫，僅有排名第5的MongoDB是文檔型數(shù)據(jù)庫，其余全部是關系型數(shù)據(jù)庫，且前3位所占有的比重遠領先于其它數(shù)據(jù)庫。 關系型數(shù)據(jù)庫在經(jīng)過大數(shù)據(jù)、NoSQL及NewSQL等新興技術的輪番轟炸后依然堅挺，這與其固有的優(yōu)勢密不可分。

總結起來，主要體現(xiàn)在對開發(fā)、運維、系統(tǒng)這三個方面上的重大影響上。

1、開發(fā)優(yōu)勢

對于開發(fā)人員來說，關系型數(shù)據(jù)庫的首要優(yōu)勢是面向SQL。

SQL是關系型數(shù)據(jù)庫的結構化查詢語言，雖然不同的關系型數(shù)據(jù)庫有不同的SQL方言，但基于ANSI標準的SQL是大部分數(shù)據(jù)庫支持的。SQL是面向數(shù)據(jù)庫的訪問語言，可以非常方便地對數(shù)據(jù)庫進行增、刪、改、查以及授權和管理。而且SQL的查詢靈活度非常高，可以十分便捷地在聯(lián)機事務處理（OLTP）與聯(lián)機分析處理（OLAP）之間轉換。 另外，SQL是應用開發(fā)工程師必須掌握的一門編程語言，流行度非常高，對于任何公司而言，招聘到一個完全不會寫SQL的應用開發(fā)工程師的概率非常小。因此，SQL極大地降低了招聘開發(fā)人員的成本。 除了SQL語言本身，各種開發(fā)語言對關系型數(shù)據(jù)庫的支持也十分完善。

以Java為例，JDBC是Java語言訪問數(shù)據(jù)庫的標準接口，各個關系型數(shù)據(jù)庫廠商均提供了實現(xiàn)JDBC接口的驅動程序。使用Java語言進行開發(fā)的工程師無需感知不同關系型數(shù)據(jù)庫間的差異，只要根據(jù)JDBC接口編程即可。

2、運維優(yōu)勢

關系型數(shù)據(jù)庫由于存在時間長久，因此針對每一種常見的關系型數(shù)據(jù)庫，都能比較容易地招聘到相應的數(shù)據(jù)庫管理員（DBA），以保證數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性、完整性、安全性、并通過監(jiān)控和分析關系型數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)瓶頸提升設計的合理性。 成熟的關系型數(shù)據(jù)庫擁有完善的生態(tài)圈，可以保證用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份、性能監(jiān)測分析等功能的配套工具能夠正常使用。規(guī)模較大的企業(yè)以及重要業(yè)務系統(tǒng)一般都需要專門的DBA進行運維工作。

3、系統(tǒng)優(yōu)勢

只有時間才是檢驗技術是否成熟與穩(wěn)定的標準。

關系型數(shù)據(jù)庫經(jīng)歷了幾十年的考驗，能夠應對超大規(guī)模的使用需求，其存儲引擎也十分成熟。基于MVCC的數(shù)據(jù)庫引擎在性能和正確性上能做到很好的平衡，并且能通過B+Tree索引大幅提升查詢的效率。面對數(shù)據(jù)庫這樣的關鍵組件，謹慎選用是架構師們需要十分注意的。 基于ACID的事務是關系型數(shù)據(jù)庫帶給應用系統(tǒng)的又一次強力保障。

ACIDACID是數(shù)據(jù)庫事務能夠正確執(zhí)行的四個基本要素的首字母，分別指代:原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔離性（Isolation）持久性（Durability）。

只有支持事務的數(shù)據(jù)庫才能最大限度地保證數(shù)據(jù)的正確性和完整性。

不過，盡管關系型數(shù)據(jù)庫的性能和訪問承載能力在面向單一數(shù)據(jù)節(jié)點的企業(yè)級應用時代是無可挑剔的。但在訪問量和數(shù)據(jù)量急劇增長的今天，關系型數(shù)據(jù)庫已經(jīng)很難再像以前那樣作為大規(guī)模系統(tǒng)的底層支撐了，甚至成為了應用系統(tǒng)的瓶頸。

關系型數(shù)據(jù)庫的不足主要體現(xiàn)在：單節(jié)點并發(fā)訪問量受限、單節(jié)點數(shù)據(jù)承載量受限、分布式事務性能衰退嚴重。原因歸根結底是設計初衷有一定的問題。它并非分布式的產(chǎn)物，對分布式系統(tǒng)天生不友好，因此它很難適應互聯(lián)網(wǎng)的架構模型。面對可以隨時彈性擴容的無狀態(tài)服務，使用關系型數(shù)據(jù)庫已經(jīng)略顯笨重。

另辟蹊徑的NoSQL數(shù)據(jù)庫

隨著關系型數(shù)據(jù)庫的不足之處越來越明顯地被暴露出來，NoSQL數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)了。

NoSQL數(shù)據(jù)庫的目的并不是取代SQL數(shù)據(jù)庫，而是實現(xiàn)“Not Only SQL”，提供SQL之外的另一種選擇。NoSQL 通常不保證ACID，同時采用分布式架構，具有很強的擴展性，這種特點使得NoSQL數(shù)據(jù)庫適應于許多需要支持大規(guī)模、高并發(fā)、海量數(shù)據(jù)存儲分析的新時代業(yè)務。

NoSQL數(shù)據(jù)庫有很多種分類，大致包括鍵值數(shù)據(jù)庫、文檔數(shù)據(jù)庫、列族數(shù)據(jù)庫以及圖數(shù)據(jù)庫等，可以應對各式各樣的場景。

鍵值數(shù)據(jù)庫的代表是Redis。Redis在很多場景下都作為緩存使用，但它也同樣提供了落盤功能。在面對通過主鍵進行查詢的場景，Redis的效率非常高。

文檔數(shù)據(jù)庫的代表是MongoDB。文檔模型與面向對象的數(shù)據(jù)表達方式更加接近，它擁有自由度極高的Schema模型，可以方便地與JSON數(shù)據(jù)進行映射。

列族數(shù)據(jù)庫的代表是Hadoop大數(shù)據(jù)體系中的HBase，它是專門用于處理海量數(shù)據(jù)的分布式數(shù)據(jù)庫。 圖數(shù)據(jù)庫是用于處理圖關系的數(shù)據(jù)庫，一般用于特殊場景。

NoSQL數(shù)據(jù)庫種類繁多，應用場景天差地別。不過有一個共性，那就是大多對分布式數(shù)據(jù)庫所需的分片和數(shù)據(jù)遷移功能支持得非常好，在海量數(shù)據(jù)和高并發(fā)支持方面，性能強于傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫。對于這樣的場景，NoSQL數(shù)據(jù)庫會是非常合適的選擇。

不過，NoSQL數(shù)據(jù)庫也存在一些不足。比如，不同的NoSQL數(shù)據(jù)庫都有自己的查詢語言，相比于SQL，制定應用程序標準接口會更加困難，并且大多數(shù)NoSQL數(shù)據(jù)庫不提供ACID事務操作，因此如果企業(yè)的核心業(yè)務對數(shù)據(jù)一致性要求嚴格，在選擇NoSQL數(shù)據(jù)庫時需要慎重。正如NoSQL數(shù)據(jù)庫的定義所說，它們是基于SQL的關系型數(shù)據(jù)庫的有益補充，兩者是相輔相成，而非相互替代關系。

NewSQL冉冉升起

由于SQL和ACID事務實在太深入人心，而對分布式數(shù)據(jù)庫的需求又前所未有的旺盛，因此另一種數(shù)據(jù)庫NewSQL就應運而生了。

NewSQL是各種具有分布式可擴展功能的數(shù)據(jù)庫的簡稱，NewSQL繼承了NoSQL對海量數(shù)據(jù)的處理能力，同時還保持了傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫對SQL和ACID事務的支持。NewSQL的關注重點在于混合式（Hybird）數(shù)據(jù)庫，更傾向于找尋不再區(qū)分OLTP和OLAP查詢的多模式數(shù)據(jù)庫構建方案。

2016年，Andrew Pavlo與Matthew Aslett發(fā)表了論文《What’s Really New with NewSQL？》其中將NewSQL劃分為三個大類，分別是：

新架構（NewArchitecture）

透明化分片中間件（Transparent Sharding Middleware）

云數(shù)據(jù)庫（Database-as-a-Service）

下面詳細講講這三大類：

1.新架構立足分布式

新架構NewSQL是全新的面向分布式架構而設計的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 該系統(tǒng)一般使用share-nothing架構，具有多節(jié)點并發(fā)控制、高度容錯的自動化數(shù)據(jù)副本復制、流量控制及分布式查詢處理等特征。由于它們是天生面向分布式多節(jié)點而設計的系統(tǒng)，因此處理查詢優(yōu)化和節(jié)點間通信協(xié)議的能力更加出色。

舉例來說，NewSQL數(shù)據(jù)庫的多數(shù)據(jù)節(jié)點間可以直接通信，無需依賴中心節(jié)點。 不過由于采用了全新的架構設計方式和存儲引擎，并未經(jīng)過實踐驗證，因此企業(yè)的技術選型者們格外謹慎。同時，具有運維新一代NewSQL經(jīng)驗的工程師也鳳毛麟角，相比于關系型數(shù)據(jù)庫，NewSQL當前的使用者數(shù)量非常少。很多企業(yè)都會嘗試跟進新架構NewSQL，但尚未遷移至核心系統(tǒng)。

2.透明化分片中間件兼容性強

透明化分片中間件允許應用將數(shù)據(jù)分片寫入多數(shù)據(jù)節(jié)點，但數(shù)據(jù)節(jié)點仍然采用面向單數(shù)據(jù)節(jié)點的關系型數(shù)據(jù)庫。透明化分片中間件使用中心組件來路由數(shù)據(jù)操作請求、協(xié)調事務、管理數(shù)據(jù)分布以及復制數(shù)據(jù)副本。整個集群對外是一個邏輯實例，應用往往無需改動即可平滑使用。

透明化分片中間件的核心優(yōu)勢是兼容性強，它可以低成本地在系統(tǒng)現(xiàn)有的單機關系型數(shù)據(jù)庫與分片中間件之間切換，而無須開發(fā)者進行任何代碼上的改動。

透明化分片中間件NewSQL能夠充分合理地在分布式場景下利用傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫的計算和存儲能力，而非實現(xiàn)一個全新的關系型數(shù)據(jù)庫。

因此，其既可以利用傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性和兼容性，又可以在其基礎之上增加分布式場景的處理方法。“在原有基礎上增加，而非顛覆”是這類NewSQL產(chǎn)品的核心功能。 由于基于單數(shù)據(jù)節(jié)點的傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫是面向磁盤設計的，對于基于內存的存儲管理以及并發(fā)控制不如重新設計的面向分布式的新架構NewSQL高效。另外，SQL解析、查詢優(yōu)化等工作在中間件和數(shù)據(jù)庫中將會重復進行，也會使整體運行效率略遜于新架構NewSQL。

在國內的大中型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)中，這類NewSQL十分流行，每個公司基本都有自己的數(shù)據(jù)庫中間件。但由于和公司內部的業(yè)務系統(tǒng)耦合較重，因此成熟的開源產(chǎn)品較少。目前進入Apache基金會孵化器的Apache ShardingSphere是這類產(chǎn)品的代表。

3.云數(shù)據(jù)庫無需考慮細節(jié)

最后一種類型的NewSQL是由云計算公司所提供的云數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。

云數(shù)據(jù)庫的使用方無須自行維護數(shù)據(jù)庫及其硬件，而可以將全部數(shù)據(jù)托管至云平臺所提供的服務。使用方通過數(shù)據(jù)庫的URL連接至云端數(shù)據(jù)庫，并通過API或操作儀表盤去操作和監(jiān)控系統(tǒng)。 云數(shù)據(jù)庫使用成本最低，工程師無須考慮數(shù)據(jù)庫的任何細節(jié)問題，對中小企業(yè)來說是理想的解決方案，不過對于巨大數(shù)據(jù)體量的公司來說，采用前兩種NewSQL的開源或自研方案更加合適。 NewSQL雖然尚未成熟，但確實是面向未來的正確嘗試。三種NewSQL的關注點各不相同：

新架構數(shù)據(jù)庫的關注點是徹底革新；

透明化分片中間件數(shù)據(jù)庫的關注點是增量；

云數(shù)據(jù)庫的關注點是屏蔽用戶使用細節(jié)。

雖然不同類型的數(shù)據(jù)庫各有千秋，但它們的核心功能是類似的。 而無論對于哪一種NewSQL而言，混合式（Hybird）數(shù)據(jù)庫都將是其未來的發(fā)展方向，當不再區(qū)分OLTP和OLAP時，開發(fā)成本將會極大地降低。

百度智能云作為業(yè)內佼佼者，能夠提供從關系型數(shù)據(jù)庫、NoSQL數(shù)據(jù)庫，到NewSQL，以及數(shù)據(jù)庫管理服務等一整套數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品及相關服務，幾乎涵蓋各個領域，能夠幫助用戶從容應對已經(jīng)到來的數(shù)據(jù)智能時代。

總結全文，尺有所短寸有所長，在數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長的今天，并不是誰取代誰的關系，而是要學會綜合運用各種技術，對癥下藥，讓最合適的技術應用在最匹配的場景中，這樣才能在新時代游刃有余。

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