什么是數(shù)據(jù)模型？

訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)取決于數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型會(huì)影響客戶端通過API對(duì)數(shù)據(jù)的操作。不同的數(shù)據(jù)模型可能會(huì)提供或多或少的功能。一般而言，數(shù)據(jù)模型不會(huì)直接提供過多的功能，許多功能必須由客戶端自行實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)模型決定了客戶端如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼存儲(chǔ)。應(yīng)用程序需要某種域模型與存儲(chǔ)技術(shù)支持的特性進(jìn)行映射。

迄今為止，主導(dǎo)的數(shù)據(jù)模型仍然是關(guān)系模型。在這里，我們主要想為大家介紹一下非關(guān)系模型，作為對(duì)比，本文也會(huì)簡要介紹一下關(guān)系模型。

 

數(shù)據(jù)模型概述

1.關(guān)系模型

關(guān)系模型使用記錄（由元組組成）進(jìn)行存儲(chǔ)，記錄存儲(chǔ)在表中，表由架構(gòu)界定。表中的每個(gè)列都有名稱和類型，表中的所有記錄都要符合表的定義。SQL是專門的查詢語言，提供相應(yīng)的語法查找符合條件的記錄，如表聯(lián)接（Join）。表聯(lián)接可以基于表之間的關(guān)系在多表之間查詢記錄。

表中的記錄可以被創(chuàng)建和刪除，記錄中的字段也可以單獨(dú)更新。

關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫通常提供事務(wù)處理機(jī)制，這為涉及多條記錄的自動(dòng)化處理提供了解決方案。

對(duì)不同的編程語言而言，表可以被看成數(shù)組、記錄列表或者結(jié)構(gòu)。表可以使用B樹和哈希表進(jìn)行索引，以應(yīng)對(duì)高性能訪問。

2.鍵值存儲(chǔ)

鍵值存儲(chǔ)提供了基于鍵對(duì)值的訪問方式。

鍵值對(duì)可以被創(chuàng)建或刪除，與鍵相關(guān)聯(lián)的值可以被更新。

鍵值存儲(chǔ)一般不提供事務(wù)處理機(jī)制。

對(duì)不同的編程語言而言，鍵值存儲(chǔ)類似于哈希表。對(duì)此，不同的編程語言有不同的名字（如，Java稱之為“HashMap”，Perl稱之為“hash”，Python稱之為“dict”，PHP稱之為“associative array”），C++則稱之為“boost::unordered_map<...>”。

鍵值存儲(chǔ)支持鍵上自有的隱式索引。

鍵值存儲(chǔ)看起來好像不太有用，但卻可以在“值”上存儲(chǔ)大量信息。“值”可以是一個(gè)XML文檔，一個(gè)JSON對(duì)象，或者其它任何序列化形式。

重要的是，鍵值存儲(chǔ)引擎并不在意“值”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它依賴客戶端對(duì)“值”進(jìn)行解釋和管理。

 

3.文檔存儲(chǔ)

文檔存儲(chǔ)支持對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的訪問，不同于關(guān)系模型的是，文檔存儲(chǔ)沒有強(qiáng)制的架構(gòu)。

事實(shí)上，文檔存儲(chǔ)以封包鍵值對(duì)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。在這種情況下，應(yīng)用對(duì)要檢索的封包采取一些約定，或者利用存儲(chǔ)引擎的能力將不同的文檔劃分成不同的集合，以管理數(shù)據(jù)。

與關(guān)系模型不同的是，文檔存儲(chǔ)模型支持嵌套結(jié)構(gòu)。例如，文檔存儲(chǔ)模型支持XML和JSON文檔，字段的“值”又可以嵌套存儲(chǔ)其它文檔。文檔存儲(chǔ)模型也支持?jǐn)?shù)組和列值鍵。

與鍵值存儲(chǔ)不同的是，文檔存儲(chǔ)關(guān)心文檔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這使得存儲(chǔ)引擎可以直接支持二級(jí)索引，從而允許對(duì)任意字段進(jìn)行高效查詢。支持文檔嵌套存儲(chǔ)的能力，使得查詢語言具有搜索嵌套對(duì)象的能力，XQuery就是一個(gè)例子。MongoDB通過支持在查詢中指定JSON字段路徑實(shí)現(xiàn)類似的功能。

 

4.列式存儲(chǔ)

如果翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，列式存儲(chǔ)與關(guān)系存儲(chǔ)將會(huì)非常相似。與關(guān)系模型存儲(chǔ)記錄不同，列式存儲(chǔ)以流的方式在列中存儲(chǔ)所有的數(shù)據(jù)。對(duì)于任何記錄，索引都可以快速地獲取列上的數(shù)據(jù)。

Map-reduce的實(shí)現(xiàn)Hadoop的流數(shù)據(jù)處理效率非常高，列式存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)的淋漓極致。因此，HBase和Hypertable通常作為非關(guān)系型數(shù)據(jù)倉庫，為Map-reduce進(jìn)行數(shù)據(jù)分析提供支持。

關(guān)系類型的列標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)分析效果不好，因此，用戶經(jīng)常將更復(fù)雜的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在列式數(shù)據(jù)庫中。這直接體現(xiàn)在Cassandra中，它引入的“column family”可以被認(rèn)為是一個(gè)“super-column”。

列式存儲(chǔ)支持行檢索，但這需要從每個(gè)列獲取匹配的列值，并重新組成行。

5.圖形數(shù)據(jù)庫

圖形數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)頂點(diǎn)和邊的信息，有的支持添加注釋。

圖形數(shù)據(jù)庫可用于對(duì)事物建模，如社交圖譜、真實(shí)世界的各種對(duì)象。IMDB（Internet Movie Database）站點(diǎn)的內(nèi)容就組成了一幅復(fù)雜的圖像，演員與電影彼此交織在一起。

圖形數(shù)據(jù)庫的查詢語言一般用于查找圖形中斷點(diǎn)的路徑，或端點(diǎn)之間路徑的屬性。Neo4j是一個(gè)典型的圖形數(shù)據(jù)庫。

選擇哪一種數(shù)據(jù)模型？

數(shù)據(jù)模型有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，它們適用于不同的領(lǐng)域。不管是選擇關(guān)系模型，還是非關(guān)系模型，都要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的場景做出選擇。也許你會(huì)發(fā)現(xiàn)單一的數(shù)據(jù)模型不能滿足你的解決方案，許多大型應(yīng)用可能需要集成多種數(shù)據(jù)模型。

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