NoSQL那些事-51CTO带您走进列数据库

【外电头条】列数据库出名可能是因为Google BigTable的出现，它表面上和关系数据库类似，但实际上却有着本质的不同，一个是按行存储数据（关系数据库），一个是按列存储数据（列数据库）的，你不能将适用于关系数据库的解决方案强加给列数据库，因为列数据库是没有关系的。数据库频道向您推荐《NoSQL：关系型数据库的终结者？》专题，以便于您更好的理解NoSQL。

搞清楚下面几个概念才能理解列数据库是如何工作的：

◆Column Family

◆Super Column

列数据库中的Column和Super Column是不占位的，意味着如果它们里面没有值，它们只占用0字节，Column Family与传统数据库中的表类似，但和表又不一样，在Column Family中的唯一定义是名称和键（Key）排序选项（没有任何模式）。

我个人认为Column Family数据库（CFDB）可能是消除抽象设计的最佳方法，因为CFDB中的一切都是围绕真实的物理模型的。

◆Column Family – Column Family指定数据如何存储在磁盘上的，一个Column Family中的所有数据都将保存在相同的文件中，一个Column Family可以容纳多个Super Column或Column。

◆Super Column – Super Column是一个字典，它是一个包含其它列的列，但一个Super Column不能包含另一个Super Column。

◆Column – Column是一个由名称，值和时间戳组成的三元组（我将忽略时间戳，把它当作一个Key/Value对看待）。

最重要的是要明白CFDB架构设计的外围重要性，如果架构都不正确，那基本上就无法获取数据，CFDB通常按照键或键范围提供一两种形式的查询，这是很有意义的，因为CDFB通常是分布式的，键决定了数据的真实物理位置，这是因为数据是基于Column Family的排序顺序存储的，你是没有办法改变排序方式的（除了选择升序和降序外）。

和关系数据库中的排序顺序不一样，列数据库的排序顺序不受列的值影响，只受列名的影响。

假设在Users Column Family，@ayende行中，我们将列“name”设为“Ayende Rahine”，列“location”设为“Israel”，CFDB将会象Users Column Family文件一样对它们进行排序：

这是因为排序时“location”小于“name”的缘故，如果在Friends Column Family中有一个Super Column，用户“@ayende”有两个朋友，它们将会象Friends Column Family文件那样进行存储：

记住，这个属性对理解CFDB是如何工作的相当重要，我们以Twitter模型为例，我们需要存储：用户和推（tweet），我们定义了三个Column Family：

◆Users – 按UTF-8排序

◆Tweets – 按连续GUID排序

◆UsersTweets – Super Column Family，按连续GUID排序

我们创建一个用户（我使用name参数标志列名和值，key参数表示行的键，Column Family是Users）：

下图是一个可视化的表示，注意与关系数据库的区别。

图 1 保存用户信息的存储样式

现在我们创建一个推：

下面是它真实的存储格式：

图 2 保存推信息的存储样式

这里有几件事需要注意：

◆在这里，Key不重要，重要的是它是连续的，因为后面会根据它进行排序；

◆两个行上面有不同的数据列；

◆我们实际上没有任何方法将用户和推关联起来。

在关系数据库中，我们通常会定义一个名叫UserId的列，这样我们可以通过它将推链接回用户，此外，关系允许我们按用户ID查询推，但CFDB没有这样的功能，无法根据列的值进行查询，也没有办法按照列进行查询，CFDB只能根据键查询，我们以UsersTweets Column Family为例进行说明：

在CFDB上，它看起来象：

图 3 用户和推关联

这里我们向UsersTweets Column Family插入数据，行的Key是“@ayende”，Super Column timeline有两列，每个列的名字是一个连续的GUID，这意味着我们可以根据它进行排序，实际上我们是用一个Super Column创建了一个行，它又包含两列，列名是一个GUID，每一列的值是Tweets表中一个行的键。

问题：我们可以在Users Column Family中创建一个Super Column存储关系吗？是的，可以这么做，但一个Column Family要么容纳Super Column，要么容纳Column，不能二者兼得。

为了获得某个用户发的推，我们需要执行：

从本质上来讲，我们执行了两个查询，一个是在UsersTweets Column Family执行的，用行键“@ayende”请求timeline Super Column中的列和值，然后在Tweets Column Family上执行另一个查询，获得真正的推。

因为数据是按照列名排序的，同时我们选择的是降序排序，我们获得了该用户的最后25个推。

如果我想展示最后25个推该怎么办？很简单，只需要查询Tweets Column Family中的推，然后按键倒序排序即可。

为什么CFDB有如此多的限制？

你可能已经注意到我多次提及RDBMS和CFDB的差异，我认为CFDB理解起来确实有点难，即使它表面上和关系数据库很接近，但它的限制却很多，没有连接，没有真正的查询功能（除了主键外），越是熟悉关系数据库，对理解CFDB越是有影响。

之所以有这么多的限制，主要原因是CFDB设计目标就是运行在多台机器上，存储大量信息的，在关系数据库中几乎是不可能存储这么多数据的，即使是象Oracle RAC这样的集群数据库也存储不了那么多数据。

CFDB不提供连接的原因是，连接需要你能扫描整个数据集，这个时候要么使用一个视图，否则就只有扫描整个数据库了，这会造成性能急剧下降，因此CFDB必须避免出现这种情况。

CFDB不提供按列或按值查询的原因是，因为这样要么需要一个索引，要么扫描整个数据集，CFDB将查询限制到只能按键进行查询，确保它能准确地知道查询应在哪个节点上运行，这意味着每个查询只会扫描一小段数据集，性能自然会好很多。

理解列数据库需要一种截然不同的思维方式，虽然我没有CFDB实战经验，我可以想像得到，使用它们迁移是个麻烦事，但它确实是获得高可扩展数据存储的最好方式。

到最后，数据库的编辑了解到，有些专业人士还是认为列数据库也不全是NoSQL。尽管有Sybase IQ这样的产品，但是列数据库当中还是有关系存在的。

作者简介

Ayende Rahien只是网名，作者的真实名字叫做Oren Eini，他是一名经验丰富的开发人员/架构师，主要精力放在CLR，构建商业应用和开发生产力框架和工具上，他也是多个著名开源项目的积极成员，包括Nhibernate，Castle等，另外，Oren Eini还创建了多个开源项目，如Rhino Mocks，NHibernate Query Analyzer，Rhino Commons等。

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