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nosql架構(gòu)圖,nosql框架

nosql是什么

NoSQL,泛指非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)web2.0網(wǎng)站的興起,傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在應(yīng)付web2.0網(wǎng)站,特別是超大規(guī)模和高并發(fā)的SNS類型的web2.0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)種類帶來(lái)的挑戰(zhàn),尤其是大數(shù)據(jù)應(yīng)用難題。

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雖然NoSQL流行語(yǔ)火起來(lái)才短短一年的時(shí)間,但是不可否認(rèn),現(xiàn)在已經(jīng)開始了第二代運(yùn)動(dòng)。盡管早期的堆棧代碼只能算是一種實(shí)驗(yàn),然而現(xiàn)在的系統(tǒng)已經(jīng)更加的成熟、穩(wěn)定。不過(guò)現(xiàn)在也面臨著一個(gè)嚴(yán)酷的事實(shí):技術(shù)越來(lái)越成熟——以至于原來(lái)很好的NoSQL數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不得不進(jìn)行重寫,也有少數(shù)人認(rèn)為這就是所謂的2.0版本。這里列出一些比較知名的工具,可以為大數(shù)據(jù)建立快速、可擴(kuò)展的存儲(chǔ)庫(kù)。

NoSQL(NoSQL = Not Only SQL ),意即“不僅僅是SQL”,是一項(xiàng)全新的數(shù)據(jù)庫(kù)革命性運(yùn)動(dòng),早期就有人提出,發(fā)展至2009年趨勢(shì)越發(fā)高漲。NoSQL的擁護(hù)者們提倡運(yùn)用非關(guān)系型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ),相對(duì)于鋪天蓋地的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)用,這一概念無(wú)疑是一種全新的思維的注入。

對(duì)于NoSQL并沒有一個(gè)明確的范圍和定義,但是他們都普遍存在下面一些共同特征:

不需要預(yù)定義模式:不需要事先定義數(shù)據(jù)模式,預(yù)定義表結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)中的每條記錄都可能有不同的屬性和格式。當(dāng)插入數(shù)據(jù)時(shí),并不需要預(yù)先定義它們的模式。

無(wú)共享架構(gòu):相對(duì)于將所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的全共享架構(gòu)。NoSQL往往將數(shù)據(jù)劃分后存儲(chǔ)在各個(gè)本地服務(wù)器上。因?yàn)閺谋镜卮疟P讀取數(shù)據(jù)的性能往往好于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸讀取數(shù)據(jù)的性能,從而提高了系統(tǒng)的性能。

彈性可擴(kuò)展:可以在系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候,動(dòng)態(tài)增加或者刪除結(jié)點(diǎn)。不需要停機(jī)維護(hù),數(shù)據(jù)可以自動(dòng)遷移。

分區(qū):相對(duì)于將數(shù)據(jù)存放于同一個(gè)節(jié)點(diǎn),NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū),將記錄分散在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上面。并且通常分區(qū)的同時(shí)還要做復(fù)制。這樣既提高了并行性能,又能保證沒有單點(diǎn)失效的問(wèn)題。

異步復(fù)制:和RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)不同的是,NoSQL中的復(fù)制,往往是基于日志的異步復(fù)制。這樣,數(shù)據(jù)就可以盡快地寫入一個(gè)節(jié)點(diǎn),而不會(huì)被網(wǎng)絡(luò)傳輸引起遲延。缺點(diǎn)是并不總是能保證一致性,這樣的方式在出現(xiàn)故障的時(shí)候,可能會(huì)丟失少量的數(shù)據(jù)。

BASE:相對(duì)于事務(wù)嚴(yán)格的ACID特性,NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)保證的是BASE特性。BASE是最終一致性和軟事務(wù)。

NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)并沒有一個(gè)統(tǒng)一的架構(gòu),兩種NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)之間的不同,甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)兩種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的不同。可以說(shuō),NoSQL各有所長(zhǎng),成功的NoSQL必然特別適用于某些場(chǎng)合或者某些應(yīng)用,在這些場(chǎng)合中會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和其他的NoSQL。

目前哪些NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用廣泛,各有什么特點(diǎn)

特點(diǎn):

它們可以處理超大量的數(shù)據(jù)。

它們運(yùn)行在便宜的PC服務(wù)器集群上。

PC集群擴(kuò)充起來(lái)非常方便并且成本很低,避免了“sharding”操作的復(fù)雜性和成本。

它們擊碎了性能瓶頸。

NoSQL的支持者稱,通過(guò)NoSQL架構(gòu)可以省去將Web或Java應(yīng)用和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成SQL友好格式的時(shí)間,執(zhí)行速度變得更快。

“SQL并非適用于所有的程序代碼,” 對(duì)于那些繁重的重復(fù)操作的數(shù)據(jù),SQL值得花錢。但是當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單時(shí),SQL可能沒有太大用處。

沒有過(guò)多的操作。

雖然NoSQL的支持者也承認(rèn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)提供了無(wú)可比擬的功能集合,而且在數(shù)據(jù)完整性上也發(fā)揮絕對(duì)穩(wěn)定,他們同時(shí)也表示,企業(yè)的具體需求可能沒有那么多。

Bootstrap支持

因?yàn)镹oSQL項(xiàng)目都是開源的,因此它們?nèi)狈?yīng)商提供的正式支持。這一點(diǎn)它們與大多數(shù)開源項(xiàng)目一樣,不得不從社區(qū)中尋求支持。

優(yōu)點(diǎn):

易擴(kuò)展

NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)種類繁多,但是一個(gè)共同的特點(diǎn)都是去掉關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系型特性。數(shù)據(jù)之間無(wú)關(guān)系,這樣就非常容易擴(kuò)展。也無(wú)形之間,在架構(gòu)的層面上帶來(lái)了可擴(kuò)展的能力。

大數(shù)據(jù)量,高性能

NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)都具有非常高的讀寫性能,尤其在大數(shù)據(jù)量下,同樣表現(xiàn)優(yōu)秀。這得益于它的無(wú)關(guān)系性,數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。一般MySQL使用 Query Cache,每次表的更新Cache就失效,是一種大粒度的Cache,在針對(duì)web2.0的交互頻繁的應(yīng)用,Cache性能不高。而NoSQL的 Cache是記錄級(jí)的,是一種細(xì)粒度的Cache,所以NoSQL在這個(gè)層面上來(lái)說(shuō)就要性能高很多了。

靈活的數(shù)據(jù)模型

NoSQL無(wú)需事先為要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)建立字段,隨時(shí)可以存儲(chǔ)自定義的數(shù)據(jù)格式。而在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)里,增刪字段是一件非常麻煩的事情。如果是非常大數(shù)據(jù)量的表,增加字段簡(jiǎn)直就是一個(gè)噩夢(mèng)。這點(diǎn)在大數(shù)據(jù)量的web2.0時(shí)代尤其明顯。

高可用

NoSQL在不太影響性能的情況,就可以方便的實(shí)現(xiàn)高可用的架構(gòu)。比如Cassandra,HBase模型,通過(guò)復(fù)制模型也能實(shí)現(xiàn)高可用。

主要應(yīng)用:

Apache HBase

這個(gè)大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)建立在谷歌強(qiáng)大的BigTable管理引擎基礎(chǔ)上。作為具有開源、Java編碼、分布式多個(gè)優(yōu)勢(shì)的數(shù)據(jù)庫(kù),Hbase最初被設(shè)計(jì)應(yīng)用于Hadoop平臺(tái),而這一強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理工具,也被Facebook采用,用于管理消息平臺(tái)的龐大數(shù)據(jù)。

Apache Storm

用于處理高速、大型數(shù)據(jù)流的分布式實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)。Storm為Apache Hadoop添加了可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理功能,同時(shí)還增加了低延遲的儀表板、安全警報(bào),改進(jìn)了原有的操作方式,幫助企業(yè)更有效率地捕獲商業(yè)機(jī)會(huì)、發(fā)展新業(yè)務(wù)。

Apache Spark

該技術(shù)采用內(nèi)存計(jì)算,從多迭代批量處理出發(fā),允許將數(shù)據(jù)載入內(nèi)存做反復(fù)查詢,此外還融合數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、流處理和圖計(jì)算等多種計(jì)算范式,Spark用Scala語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),構(gòu)建在HDFS上,能與Hadoop很好的結(jié)合,而且運(yùn)行速度比MapReduce快100倍。

Apache Hadoop

該技術(shù)迅速成為了大數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)之一。當(dāng)它被用來(lái)管理大型數(shù)據(jù)集時(shí),對(duì)于復(fù)雜的分布式應(yīng)用,Hadoop體現(xiàn)出了非常好的性能,平臺(tái)的靈活性使它可以運(yùn)行在商用硬件系統(tǒng),它還可以輕松地集成結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和甚至非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集。

Apache Drill

你有多大的數(shù)據(jù)集?其實(shí)無(wú)論你有多大的數(shù)據(jù)集,Drill都能輕松應(yīng)對(duì)。通過(guò)支持HBase、Cassandra和MongoDB,Drill建立了交互式分析平臺(tái),允許大規(guī)模數(shù)據(jù)吞吐,而且能很快得出結(jié)果。

Apache Sqoop

也許你的數(shù)據(jù)現(xiàn)在還被鎖定于舊系統(tǒng)中,Sqoop可以幫你解決這個(gè)問(wèn)題。這一平臺(tái)采用并發(fā)連接,可以將數(shù)據(jù)從關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)方便地轉(zhuǎn)移到Hadoop中,可以自定義數(shù)據(jù)類型以及元數(shù)據(jù)傳播的映射。事實(shí)上,你還可以將數(shù)據(jù)(如新的數(shù)據(jù))導(dǎo)入到HDFS、Hive和Hbase中。

Apache Giraph

這是功能強(qiáng)大的圖形處理平臺(tái),具有很好可擴(kuò)展性和可用性。該技術(shù)已經(jīng)被Facebook采用,Giraph可以運(yùn)行在Hadoop環(huán)境中,可以將它直接部署到現(xiàn)有的Hadoop系統(tǒng)中。通過(guò)這種方式,你可以得到強(qiáng)大的分布式作圖能力,同時(shí)還能利用上現(xiàn)有的大數(shù)據(jù)處理引擎。

Cloudera Impala

Impala模型也可以部署在你現(xiàn)有的Hadoop群集上,監(jiān)視所有的查詢。該技術(shù)和MapReduce一樣,具有強(qiáng)大的批處理能力,而且Impala對(duì)于實(shí)時(shí)的SQL查詢也有很好的效果,通過(guò)高效的SQL查詢,你可以很快的了解到大數(shù)據(jù)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)。

Gephi

它可以用來(lái)對(duì)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)和量化處理,通過(guò)為數(shù)據(jù)創(chuàng)建功能強(qiáng)大的可視化效果,你可以從數(shù)據(jù)中得到不一樣的洞察力。Gephi已經(jīng)支持多個(gè)圖表類型,而且可以在具有上百萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)的大型網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。Gephi具有活躍的用戶社區(qū),Gephi還提供了大量的插件,可以和現(xiàn)有系統(tǒng)完美的集成到一起,它還可以對(duì)復(fù)雜的IT連接、分布式系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)流等信息進(jìn)行可視化分析。

MongoDB

這個(gè)堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)一直被很多組織推崇,它在大數(shù)據(jù)管理上有極好的性能。MongoDB最初是由DoubleClick公司的員工創(chuàng)建,現(xiàn)在該技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于大數(shù)據(jù)管理。MongoDB是一個(gè)應(yīng)用開源技術(shù)開發(fā)的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù),可以用于在JSON這樣的平臺(tái)上存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。目前,紐約時(shí)報(bào)、Craigslist以及眾多企業(yè)都采用了MongoDB,幫助他們管理大型數(shù)據(jù)集。(Couchbase服務(wù)器也作為一個(gè)參考)。

十大頂尖公司:

Amazon Web Services

Forrester將AWS稱為“云霸主”,談到云計(jì)算領(lǐng)域的大數(shù)據(jù),那就不得不提到亞馬遜。該公司的Hadoop產(chǎn)品被稱為EMR(Elastic Map Reduce),AWS解釋這款產(chǎn)品采用了Hadoop技術(shù)來(lái)提供大數(shù)據(jù)管理服務(wù),但它不是純開源Hadoop,經(jīng)過(guò)修改后現(xiàn)在被專門用在AWS云上。

Forrester稱EMR有很好的市場(chǎng)前景。很多公司基于EMR為客戶提供服務(wù),有一些公司將EMR應(yīng)用于數(shù)據(jù)查詢、建模、集成和管理。而且AWS還在創(chuàng)新,F(xiàn)orrester稱未來(lái)EMR可以基于工作量的需要自動(dòng)縮放調(diào)整大小。亞馬遜計(jì)劃為其產(chǎn)品和服務(wù)提供更強(qiáng)大的EMR支持,包括它的RedShift數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、新公布的Kenesis實(shí)時(shí)處理引擎以及計(jì)劃中的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)和商業(yè)智能工具。不過(guò)AWS還沒有自己的Hadoop發(fā)行版。

Cloudera

Cloudera有開源Hadoop的發(fā)行版,這個(gè)發(fā)行版采用了Apache Hadoop開源項(xiàng)目的很多技術(shù),不過(guò)基于這些技術(shù)的發(fā)行版也有很大的進(jìn)步。Cloudera為它的Hadoop發(fā)行版開發(fā)了很多功能,包括Cloudera管理器,用于管理和監(jiān)控,以及名為Impala的SQL引擎等。Cloudera的Hadoop發(fā)行版基于開源Hadoop,但也不是純開源的產(chǎn)品。當(dāng)Cloudera的客戶需要Hadoop不具備的某些功能時(shí),Cloudera的工程師們就會(huì)實(shí)現(xiàn)這些功能,或者找一個(gè)擁有這項(xiàng)技術(shù)的合作伙伴。Forrester表示:“Cloudera的創(chuàng)新方法忠于核心Hadoop,但因?yàn)槠淇蓪?shí)現(xiàn)快速創(chuàng)新并積極滿足客戶需求,這一點(diǎn)使它不同于其他那些供應(yīng)商。”目前,Cloudera的平臺(tái)已經(jīng)擁有200多個(gè)付費(fèi)客戶,一些客戶在Cloudera的技術(shù)支持下已經(jīng)可以跨1000多個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)PB級(jí)數(shù)據(jù)的有效管理。

Hortonworks

和Cloudera一樣,Hortonworks是一個(gè)純粹的Hadoop技術(shù)公司。與Cloudera不同的是,Hortonworks堅(jiān)信開源Hadoop比任何其他供應(yīng)商的Hadoop發(fā)行版都要強(qiáng)大。Hortonworks的目標(biāo)是建立Hadoop生態(tài)圈和Hadoop用戶社區(qū),推進(jìn)開源項(xiàng)目的發(fā)展。Hortonworks平臺(tái)和開源Hadoop聯(lián)系緊密,公司管理人員表示這會(huì)給用戶帶來(lái)好處,因?yàn)樗梢苑乐贡还?yīng)商套牢(如果Hortonworks的客戶想要離開這個(gè)平臺(tái),他們可以輕松轉(zhuǎn)向其他開源平臺(tái))。這并不是說(shuō)Hortonworks完全依賴開源Hadoop技術(shù),而是因?yàn)樵摴緦⑵渌虚_發(fā)的成果回報(bào)給了開源社區(qū),比如Ambari,這個(gè)工具就是由Hortonworks開發(fā)而成,用來(lái)填充集群管理項(xiàng)目漏洞。Hortonworks的方案已經(jīng)得到了Teradata、Microsoft、Red Hat和SAP這些供應(yīng)商的支持。

IBM

當(dāng)企業(yè)考慮一些大的IT項(xiàng)目時(shí),很多人首先會(huì)想到IBM。IBM是Hadoop項(xiàng)目的主要參與者之一,F(xiàn)orrester稱IBM已有100多個(gè)Hadoop部署,它的很多客戶都有PB級(jí)的數(shù)據(jù)。IBM在網(wǎng)格計(jì)算、全球數(shù)據(jù)中心和企業(yè)大數(shù)據(jù)項(xiàng)目實(shí)施等眾多領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。“IBM計(jì)劃繼續(xù)整合SPSS分析、高性能計(jì)算、BI工具、數(shù)據(jù)管理和建模、應(yīng)對(duì)高性能計(jì)算的工作負(fù)載管理等眾多技術(shù)。”

Intel

和AWS類似,英特爾不斷改進(jìn)和優(yōu)化Hadoop使其運(yùn)行在自己的硬件上,具體來(lái)說(shuō),就是讓Hadoop運(yùn)行在其至強(qiáng)芯片上,幫助用戶打破Hadoop系統(tǒng)的一些限制,使軟件和硬件結(jié)合的更好,英特爾的Hadoop發(fā)行版在上述方面做得比較好。Forrester指出英特爾在最近才推出這個(gè)產(chǎn)品,所以公司在未來(lái)還有很多改進(jìn)的可能,英特爾和微軟都被認(rèn)為是Hadoop市場(chǎng)上的潛力股。

MapR Technologies

MapR的Hadoop發(fā)行版目前為止也許是最好的了,不過(guò)很多人可能都沒有聽說(shuō)過(guò)。Forrester對(duì)Hadoop用戶的調(diào)查顯示,MapR的評(píng)級(jí)最高,其發(fā)行版在架構(gòu)和數(shù)據(jù)處理能力上都獲得了最高分。MapR已將一套特殊功能融入其Hadoop發(fā)行版中。例如網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(NFS)、災(zāi)難恢復(fù)以及高可用性功能。Forrester說(shuō)MapR在Hadoop市場(chǎng)上沒有Cloudera和Hortonworks那樣的知名度,MapR要成為一個(gè)真正的大企業(yè),還需要加強(qiáng)伙伴關(guān)系和市場(chǎng)營(yíng)銷。

Microsoft

微軟在開源軟件問(wèn)題上一直很低調(diào),但在大數(shù)據(jù)形勢(shì)下,它不得不考慮讓W(xué)indows也兼容Hadoop,它還積極投入到開源項(xiàng)目中,以更廣泛地推動(dòng)Hadoop生態(tài)圈的發(fā)展。我們可以在微軟的公共云Windows Azure HDInsight產(chǎn)品中看到其成果。微軟的Hadoop服務(wù)基于Hortonworks的發(fā)行版,而且是為Azure量身定制的。

微軟也有一些其他的項(xiàng)目,包括名為Polybase的項(xiàng)目,讓Hadoop查詢實(shí)現(xiàn)了SQLServer查詢的一些功能。Forrester說(shuō):“微軟在數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、云、OLAP、BI、電子表格(包括PowerPivot)、協(xié)作和開發(fā)工具市場(chǎng)上有很大優(yōu)勢(shì),而且微軟擁有龐大的用戶群,但要在Hadoop這個(gè)領(lǐng)域成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者還有很遠(yuǎn)的路要走。”

Pivotal Software

EMC和Vmware部分大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分拆組合產(chǎn)生了Pivotal。Pivotal一直努力構(gòu)建一個(gè)性能優(yōu)越的Hadoop發(fā)行版,為此,Pivotal在開源Hadoop的基礎(chǔ)上又添加了一些新的工具,包括一個(gè)名為HAWQ的SQL引擎以及一個(gè)專門解決大數(shù)據(jù)問(wèn)題的Hadoop應(yīng)用。Forrester稱Pivotal Hadoop平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)在于它整合了Pivotal、EMC、Vmware的眾多技術(shù),Pivotal的真正優(yōu)勢(shì)實(shí)際上等于EMC和Vmware兩大公司為其撐腰。到目前為止,Pivotal的用戶還不到100個(gè),而且大多是中小型客戶。

Teradata

對(duì)于Teradata來(lái)說(shuō),Hadoop既是一種威脅也是一種機(jī)遇。數(shù)據(jù)管理,特別是關(guān)于SQL和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)這一領(lǐng)域是Teradata的專長(zhǎng)。所以像Hadoop這樣的NoSQL平臺(tái)崛起可能會(huì)威脅到Teradata。相反,Teradata接受了Hadoop,通過(guò)與Hortonworks合作,Teradata在Hadoop平臺(tái)集成了SQL技術(shù),這使Teradata的客戶可以在Hadoop平臺(tái)上方便地使用存儲(chǔ)在Teradata數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。

AMPLab

通過(guò)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔ⅲ覀儾趴梢岳斫馐澜纾@也正是AMPLab所做的。AMPLab致力于機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)庫(kù)、信息檢索、自然語(yǔ)言處理和語(yǔ)音識(shí)別等多個(gè)領(lǐng)域,努力改進(jìn)對(duì)信息包括不透明數(shù)據(jù)集內(nèi)信息的甄別技術(shù)。除了Spark,開源分布式SQL查詢引擎Shark也源于AMPLab,Shark具有極高的查詢效率,具有良好的兼容性和可擴(kuò)展性。近幾年的發(fā)展使計(jì)算機(jī)科學(xué)進(jìn)入到全新的時(shí)代,而AMPLab為我們?cè)O(shè)想一個(gè)運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、通信等各種資源和技術(shù)靈活解決難題的方案,以應(yīng)對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的各種難題。

什么是NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)?

2. 什么是NoSQL?

2.1 NoSQL 概述

NoSQL(NoSQL = Not Only SQL ),意即“不僅僅是SQL”,

泛指非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)web2.0網(wǎng)站的興起,傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在應(yīng)付web2.0網(wǎng)站,特別是超大規(guī)模和高并發(fā)的SNS類型的web2.0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)種類帶來(lái)的挑戰(zhàn),尤其是大數(shù)據(jù)應(yīng)用難題,包括超大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

(例如谷歌或Facebook每天為他們的用戶收集萬(wàn)億比特的數(shù)據(jù))。這些類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不需要固定的模式,無(wú)需多余操作就可以橫向擴(kuò)展。

2.2 NoSQL代表

MongDB、 Redis、Memcache

3. 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與NoSQL的區(qū)別?

3.1 RDBMS

高度組織化結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(SQL)

數(shù)據(jù)和關(guān)系都存儲(chǔ)在單獨(dú)的表中。

數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言,數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言

嚴(yán)格的一致性

基礎(chǔ)事務(wù)

ACID

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)遵循ACID規(guī)則

事務(wù)在英文中是transaction,和現(xiàn)實(shí)世界中的交易很類似,它有如下四個(gè)特性:

A (Atomicity) 原子性

原子性很容易理解,也就是說(shuō)事務(wù)里的所有操作要么全部做完,要么都不做,事務(wù)成功的條件是事務(wù)里的所有操作都成功,只要有一個(gè)操作失敗,整個(gè)事務(wù)就失敗,需要回滾。比如銀行轉(zhuǎn)賬,從A賬戶轉(zhuǎn)100元至B賬戶,分為兩個(gè)步驟:1)從A賬戶取100元;2)存入100元至B賬戶。這兩步要么一起完成,要么一起不完成,如果只完成第一步,第二步失敗,錢會(huì)莫名其妙少了100元。

C (Consistency) 一致性

一致性也比較容易理解,也就是說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)要一直處于一致的狀態(tài),事務(wù)的運(yùn)行不會(huì)改變數(shù)據(jù)庫(kù)原本的一致性約束。

I (Isolation) 獨(dú)立性

所謂的獨(dú)立性是指并發(fā)的事務(wù)之間不會(huì)互相影響,如果一個(gè)事務(wù)要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)正在被另外一個(gè)事務(wù)修改,只要另外一個(gè)事務(wù)未提交,它所訪問(wèn)的數(shù)據(jù)就不受未提交事務(wù)的影響。比如現(xiàn)有有個(gè)交易是從A賬戶轉(zhuǎn)100元至B賬戶,在這個(gè)交易還未完成的情況下,如果此時(shí)B查詢自己的賬戶,是看不到新增加的100元的

D (Durability) 持久性

持久性是指一旦事務(wù)提交后,它所做的修改將會(huì)永久的保存在數(shù)據(jù)庫(kù)上,即使出現(xiàn)宕機(jī)也不會(huì)丟失。

3.2 NoSQL

代表著不僅僅是SQL

沒有聲明性查詢語(yǔ)言

沒有預(yù)定義的模式

鍵 - 值對(duì)存儲(chǔ),列存儲(chǔ),文檔存儲(chǔ),圖形數(shù)據(jù)庫(kù)

最終一致性,而非ACID屬性

非結(jié)構(gòu)化和不可預(yù)知的數(shù)據(jù)

CAP定理

高性能,高可用性和可伸縮性

分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中的CAP原理(了解)

CAP定理:

Consistency(一致性), 數(shù)據(jù)一致更新,所有數(shù)據(jù)變動(dòng)都是同步的

Availability(可用性), 好的響應(yīng)性能

Partition tolerance(分區(qū)容錯(cuò)性) 可靠性

P: 系統(tǒng)中任意信息的丟失或失敗不會(huì)影響系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)作。

定理:任何分布式系統(tǒng)只可同時(shí)滿足二點(diǎn),沒法三者兼顧。

CAP理論的核心是:一個(gè)分布式系統(tǒng)不可能同時(shí)很好的滿足一致性,可用性和分區(qū)容錯(cuò)性這三個(gè)需求,

因此,根據(jù) CAP 原理將 NoSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)分成了滿足 CA 原則、滿足 CP 原則和滿足 AP 原則三 大類:

CA - 單點(diǎn)集群,滿足一致性,可用性的系統(tǒng),通常在可擴(kuò)展性上不太強(qiáng)大。

CP - 滿足一致性,分區(qū)容忍性的系統(tǒng),通常性能不是特別高。

AP - 滿足可用性,分區(qū)容忍性的系統(tǒng),通常可能對(duì)一致性要求低一些。

CAP理論就是說(shuō)在分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中,最多只能實(shí)現(xiàn)上面的兩點(diǎn)。

而由于當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)硬件肯定會(huì)出現(xiàn)延遲丟包等問(wèn)題,所以分區(qū)容忍性是我們必須需要實(shí)現(xiàn)的。

所以我們只能在一致性和可用性之間進(jìn)行權(quán)衡,沒有NoSQL系統(tǒng)能同時(shí)保證這三點(diǎn)。

說(shuō)明:C:強(qiáng)一致性 A:高可用性 P:分布式容忍性

舉例:

CA:傳統(tǒng)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)

AP:大多數(shù)網(wǎng)站架構(gòu)的選擇

CP:Redis、Mongodb

注意:分布式架構(gòu)的時(shí)候必須做出取舍。

一致性和可用性之間取一個(gè)平衡。多余大多數(shù)web應(yīng)用,其實(shí)并不需要強(qiáng)一致性。

因此犧牲C換取P,這是目前分布式數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品的方向。

4. 當(dāng)下NoSQL的經(jīng)典應(yīng)用

當(dāng)下的應(yīng)用是 SQL 與 NoSQL 一起使用的。

代表項(xiàng)目:阿里巴巴商品信息的存放。

去 IOE 化。

ps:I 是指 IBM 的小型機(jī),很貴的,好像好幾萬(wàn)一臺(tái);O 是指 Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù),也很貴的,好幾萬(wàn)呢;M 是指 EMC 的存儲(chǔ)設(shè)備,也很貴的。

難點(diǎn):

數(shù)據(jù)類型多樣性。

數(shù)據(jù)源多樣性和變化重構(gòu)。

數(shù)據(jù)源改造而服務(wù)平臺(tái)不需要大面積重構(gòu)。

NoSQL-HDFS-基本概念

Hadoop

文件系統(tǒng):文件系統(tǒng)是用來(lái)存儲(chǔ)和管理文件,并且提供文件的查詢、增加、刪除等操作。

直觀上的體驗(yàn):在shell窗口輸入 ls 命令,就可以看到當(dāng)前目錄下的文件夾、文件。

文件存儲(chǔ)在哪里?硬盤

一臺(tái)只有250G硬盤的電腦,如果需要存儲(chǔ)500G的文件可以怎么辦?先將電腦硬盤擴(kuò)容至少250G,再將文件分割成多塊,放到多塊硬盤上儲(chǔ)存。

通過(guò) hdfs dfs -ls 命令可以查看分布式文件系統(tǒng)中的文件,就像本地的ls命令一樣。

HDFS在客戶端上提供了查詢、新增和刪除的指令,可以實(shí)現(xiàn)將分布在多臺(tái)機(jī)器上的文件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理。

在分布式文件系統(tǒng)中,一個(gè)大文件會(huì)被切分成塊,分別存儲(chǔ)到幾臺(tái)機(jī)器上。結(jié)合上文中提到的那個(gè)存儲(chǔ)500G大文件的那個(gè)例子,這500G的文件會(huì)按照一定的大小被切分成若干塊,然后分別存儲(chǔ)在若干臺(tái)機(jī)器上,然后提供統(tǒng)一的操作接口。

看到這里,不少人可能會(huì)覺得,分布式文件系統(tǒng)不過(guò)如此,很簡(jiǎn)單嘛。事實(shí)真的是這樣的么?

潛在問(wèn)題

假如我有一個(gè)1000臺(tái)機(jī)器組成的分布式系統(tǒng),一臺(tái)機(jī)器每天出現(xiàn)故障的概率是0.1%,那么整個(gè)系統(tǒng)每天出現(xiàn)故障的概率是多大呢?答案是(1-0.1%)^1000=63%,因此需要提供一個(gè)容錯(cuò)機(jī)制來(lái)保證發(fā)生差錯(cuò)時(shí)文件依然可以讀出,這里暫時(shí)先不展開介紹。

如果要存儲(chǔ)PB級(jí)或者EB級(jí)的數(shù)據(jù),成千上萬(wàn)臺(tái)機(jī)器組成的集群是很常見的,所以說(shuō)分布式系統(tǒng)比單機(jī)系統(tǒng)要復(fù)雜得多呀。

這是一張HDFS的架構(gòu)簡(jiǎn)圖:

client通過(guò)nameNode了解數(shù)據(jù)在哪些DataNode上,從而發(fā)起查詢。此外,不僅是查詢文件,寫入文件的時(shí)候也是先去請(qǐng)教N(yùn)ameNode,看看應(yīng)該往哪個(gè)DateNode中去寫。

為了某一份數(shù)據(jù)只寫入到一個(gè)Datanode中,而這個(gè)Datanode因?yàn)槟承┰虺鲥e(cuò)無(wú)法讀取的問(wèn)題,需要通過(guò)冗余備份的方式來(lái)進(jìn)行容錯(cuò)處理。因此,HDFS在寫入一個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)候,不會(huì)僅僅寫入一個(gè)DataNode,而是會(huì)寫入到多個(gè)DataNode中,這樣,如果其中一個(gè)DataNode壞了,還可以從其余的DataNode中拿到數(shù)據(jù),保證了數(shù)據(jù)不丟失。

實(shí)際上,每個(gè)數(shù)據(jù)塊在HDFS上都會(huì)保存多份,保存在不同的DataNode上。這種是犧牲一定存儲(chǔ)空間換取可靠性的做法。

接下來(lái)我們來(lái)看一下完整的文件寫入的流程:

大文件要寫入HDFS,client端根據(jù)配置將大文件分成固定大小的塊,然后再上傳到HDFS。

讀取文件的流程:

1、client詢問(wèn)NameNode,我要讀取某個(gè)路徑下的文件,麻煩告訴我這個(gè)文件都在哪些DataNode上?

2、NameNode回復(fù)client,這個(gè)路徑下的文件被切成了3塊,分別在DataNode1、DataNode3和DataNode4上

3、client去找DataNode1、DataNode3和DataNode4,拿到3個(gè)文件塊,通過(guò)stream讀取并且整合起來(lái)

文件寫入的流程:

1、client先將文件分塊,然后詢問(wèn)NameNode,我要寫入一個(gè)文件到某個(gè)路徑下,文件有3塊,應(yīng)該怎么寫?

2、NameNode回復(fù)client,可以分別寫到DataNode1、DataNode2、DataNode3、DataNode4上,記住,每個(gè)塊重復(fù)寫3份,總共是9份

3、client找到DataNode1、DataNode2、DataNode3、DataNode4,把數(shù)據(jù)寫到他們上面

出于容錯(cuò)的考慮,每個(gè)數(shù)據(jù)塊有3個(gè)備份,但是3個(gè)備份快都直接由client端直接寫入勢(shì)必會(huì)帶來(lái)client端過(guò)重的寫入壓力,這個(gè)點(diǎn)是否有更好的解決方案呢?回憶一下mysql主備之間是通過(guò)binlog文件進(jìn)行同步的,HDFS當(dāng)然也可以借鑒這個(gè)思想,數(shù)據(jù)其實(shí)只需要寫入到一個(gè)datanode上,然后由datanode之間相互進(jìn)行備份同步,減少了client端的寫入壓力,那么至于是一個(gè)datanode寫入成功即成功,還是需要所有的參與備份的datanode返回寫入成功才算成功,是可靠性配置的策略,當(dāng)然這個(gè)設(shè)置會(huì)影響到數(shù)據(jù)寫入的吞吐率,我們可以看到可靠性和效率永遠(yuǎn)是“魚和熊掌不可兼得”的。

潛在問(wèn)題

NameNode確實(shí)會(huì)回放editlog,但是不是每次都從頭回放,它會(huì)先加載一個(gè)fsimage,這個(gè)文件是之前某一個(gè)時(shí)刻整個(gè)NameNode的文件元數(shù)據(jù)的內(nèi)存快照,然后再在這個(gè)基礎(chǔ)上回放editlog,完成后,會(huì)清空editlog,再把當(dāng)前文件元數(shù)據(jù)的內(nèi)存狀態(tài)寫入fsimage,方便下一次加載。

這樣,全量回放就變成了增量回放,但是如果NameNode長(zhǎng)時(shí)間未重啟過(guò),editlog依然會(huì)比較大,恢復(fù)的時(shí)間依然比較長(zhǎng),這個(gè)問(wèn)題怎么解呢?

SecondNameNode是一個(gè)NameNode內(nèi)的定時(shí)任務(wù)線程,它會(huì)定期地將editlog寫入fsimage,然后情況原來(lái)的editlog,從而保證editlog的文件大小維持在一定大小。

NameNode掛了, SecondNameNode并不能替代NameNode,所以如果集群中只有一個(gè)NameNode,它掛了,整個(gè)系統(tǒng)就掛了。hadoop2.x之前,整個(gè)集群只能有一個(gè)NameNode,是有可能發(fā)生單點(diǎn)故障的,所以hadoop1.x有本身的不穩(wěn)定性。但是hadoop2.x之后,我們可以在集群中配置多個(gè)NameNode,就不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題了,但是配置多個(gè)NameNode,需要注意的地方就更多了,系統(tǒng)就更加復(fù)雜了。

俗話說(shuō)“一山不容二虎”,兩個(gè)NameNode只能有一個(gè)是活躍狀態(tài)active,另一個(gè)是備份狀態(tài)standby,我們看一下兩個(gè)NameNode的架構(gòu)圖。

兩個(gè)NameNode通過(guò)JournalNode實(shí)現(xiàn)同步editlog,保持狀態(tài)一致可以相互替換。

因?yàn)閍ctive的NameNode掛了之后,standby的NameNode要馬上接替它,所以它們的數(shù)據(jù)要時(shí)刻保持一致,在寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候,兩個(gè)NameNode內(nèi)存中都要記錄數(shù)據(jù)的元信息,并保持一致。這個(gè)JournalNode就是用來(lái)在兩個(gè)NameNode中同步數(shù)據(jù)的,并且standby NameNode實(shí)現(xiàn)了SecondNameNode的功能。

進(jìn)行數(shù)據(jù)同步操作的過(guò)程如下:

active NameNode有操作之后,它的editlog會(huì)被記錄到JournalNode中,standby NameNode會(huì)從JournalNode中讀取到變化并進(jìn)行同步,同時(shí)standby NameNode會(huì)監(jiān)聽記錄的變化。這樣做的話就是實(shí)時(shí)同步了,并且standby NameNode就實(shí)現(xiàn)了SecondNameNode的功能。

優(yōu)點(diǎn):

缺點(diǎn):

【軟件架構(gòu)篇】互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模板

架構(gòu)圖如下圖所示。這張圖基本涵蓋了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)公司的大部分技術(shù)點(diǎn),不同公司只是在具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上稍有差異,但不會(huì)跳出這個(gè)框架的范疇。

SQL: 常用的有mysql,用于存儲(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期,各個(gè)業(yè)務(wù)一般都會(huì)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)mysql集群,但隨著業(yè)務(wù)越來(lái)越多,mysql集群規(guī)模越來(lái)越大,那就有必要做成SQL平臺(tái)。

NoSQL: 翻譯為Not Only SQL,作為mysql的一種補(bǔ)充。Nosql一般本身就提供集群,且使用起來(lái)很方便,公司業(yè)務(wù)發(fā)展初期沒有必要。一般Nosql集群的數(shù)量越來(lái)越多,那就有必要做成Nosql平臺(tái)。

小文件: 互聯(lián)網(wǎng)中有很多小文件,比如商品圖片,F(xiàn)acebook的圖片。這類小文件具有數(shù)據(jù)小、數(shù)量巨大、訪問(wèn)大的特點(diǎn)。如果每個(gè)業(yè)務(wù)都去考慮小文件存儲(chǔ)的話,就會(huì)出現(xiàn)重復(fù)造輪子現(xiàn)象,那就有必要做成小文件平臺(tái)了。

大文件: 互聯(lián)網(wǎng)的大文件主要分為兩類:一類是業(yè)務(wù)上的大數(shù)據(jù),例如Youtube的視頻、電影網(wǎng)站的電影;另一類是海量的日志數(shù)據(jù),例如各種訪問(wèn)日志。實(shí)力雄厚的一些大公司會(huì)基于開源方案做成大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

開發(fā)框架: 比如常見的Spring框架。

Web服務(wù)器: 常見的有tomcat、jetty等。

容器: Docker可以極大降低運(yùn)維成本,以及在實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容上非常方便。

配置中心: 故名思義,配置中心就是集中管理各個(gè)系統(tǒng)的配置。

服務(wù)中心: 解決跨系統(tǒng)依賴的配置和調(diào)度問(wèn)題。比如有10個(gè)系統(tǒng)依賴A系統(tǒng)的x接口,此時(shí)A系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)y接口可以更好地支持x接口,那么如果直接更新10個(gè)系統(tǒng)依賴的配置將會(huì)很麻煩。

消息隊(duì)列: 支持系統(tǒng)解耦。

負(fù)載均衡: 充當(dāng)任務(wù)分配器的職責(zé)。

CDN: 可以對(duì)一些常用文件進(jìn)行就近緩存,來(lái)提高訪問(wèn)速度。

多機(jī)房: 多機(jī)房的主要目的是備災(zāi),當(dāng)機(jī)房故障時(shí)可以快速地將業(yè)務(wù)切換到另外一個(gè)機(jī)房,這種切換操作允許一定時(shí)間的中斷,比如10分鐘,1個(gè)小時(shí)。

多中心: 多中心的要求就更高了,要求同時(shí)對(duì)外提供服務(wù),且業(yè)務(wù)能夠自動(dòng)在多中心之間切換,故障后不需人工干預(yù)或者很少的人工干預(yù)就能自動(dòng)恢復(fù)。

用戶管理: 對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理。

消息推送: 根據(jù)不同途徑分為短信、郵件、站內(nèi)信、App推送。

存儲(chǔ)云: 實(shí)現(xiàn)是CDN+小文件存儲(chǔ)。

圖片云: 實(shí)現(xiàn)也是CDN+小文件存儲(chǔ)。為何不與存儲(chǔ)云統(tǒng)一一套系統(tǒng)呢?這是因?yàn)閳D片業(yè)務(wù)的復(fù)雜性導(dǎo)致的。圖片涉及的業(yè)務(wù)會(huì)更多,包括裁剪、壓縮、美化、審核、水印等。

業(yè)務(wù)千差萬(wàn)別,各個(gè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)面對(duì)的主要問(wèn)題是復(fù)雜度越來(lái)越高。此時(shí)就要用到拆和合的技術(shù)。拆即將一個(gè)大系統(tǒng)拆分為多個(gè)子系統(tǒng),降低復(fù)雜度。當(dāng)子系統(tǒng)越來(lái)越多,有可能就需要采用合的技術(shù)。

測(cè)試平臺(tái)的核心目的是提升測(cè)試效率。

運(yùn)維平臺(tái)的核心職責(zé)分為四大塊:配置、部署、監(jiān)控、應(yīng)急。

數(shù)據(jù)平臺(tái)的核心職責(zé)主要包含三部分:數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應(yīng)用。

管理平臺(tái)的核心職責(zé)就是權(quán)限管理。

什么是nosql數(shù)據(jù)庫(kù)?nosql和rdbms有什么區(qū)別

1 理解ACID與BASE的區(qū)別(ACID是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)一致性的四個(gè)要求,而BASE是NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)通常對(duì)可用性及一致性的弱要求原則,它們的意思分別是,ACID:atomicity, consistency, isolation, durability;BASE:Basically Available, Soft-state, Eventually Consistent。同時(shí)有意思的是ACID在英語(yǔ)里意為酸,BASE意思為堿)

2 理解持久化與非持久化的區(qū)別。這么說(shuō)是因?yàn)橛械腘oSQL系統(tǒng)是純內(nèi)存存儲(chǔ)的。

3 你必須意識(shí)到傳統(tǒng)有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與NoSQL系統(tǒng)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的本質(zhì)區(qū)別。傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)通常是基于行的表格型存儲(chǔ),而NoSQL系統(tǒng)包括了列式存儲(chǔ)(Cassandra)、key/value存儲(chǔ)(Memcached)、文檔型存儲(chǔ)(CouchDB)以及圖結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)(Neo4j)

4與傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)有統(tǒng)一的SQL語(yǔ)言操作接口不同,NoSQL系統(tǒng)通常有自己特有的API接口。

5 在架構(gòu)上,你必須搞清楚,NoSQL系統(tǒng)是被設(shè)計(jì)用于成百上千臺(tái)機(jī)器的集群中的,而非共享型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的架構(gòu)。

6在NoSQL系統(tǒng)中,可能你得習(xí)慣一下不知道你的數(shù)據(jù)具體存在何處的情況。

7 在NoSQL系統(tǒng)中,你最好習(xí)慣它的弱一致性。”eventually consistent”(最終一致性)正是BASE原則中的重要一項(xiàng)。比如在Twitter,你在Followers列表中經(jīng)常會(huì)感受到數(shù)據(jù)的延遲。

8 在NoSQL系統(tǒng)中,你要理解,很多時(shí)候數(shù)據(jù)并不總是可用的。

9 你得理解,有的方案是擁有分區(qū)容忍性的,有的方案不一定有。

當(dāng)前標(biāo)題:nosql架構(gòu)圖,nosql框架
網(wǎng)站網(wǎng)址:http://chinadenli.net/article47/dsgjhhj.html

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