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2024年数据库选型指南
第1章 数据库基础理论
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1.1 数据库基本概念
数据库(Database)是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库。数据库管理系统(Database Management System, DBMS)是管理和操作数据库的系统软件。
主要功能包括:
- 数据定义(Data Definition) - 创建和修改数据库对象如表、视图等
- 数据操纵(Data Manipulation) - 插入、更新、删除和查询数据
- 数据安全控制 - 用户权限管理、完整性约束
- 数据库事务管理和并发控制
- 数据备份和恢复
1.2 数据模型
数据模型是数据库中对现实世界数据特征的抽象,决定了数据的组织和存储方式。常见的数据模型有:
1.2.1 关系模型
关系模型由行和列组成的二维表格数据结构,数据以二元组的形式存储。具有严格的数据结构,支持复杂查询。
1.2.2 键值模型
键值模型是将数据存储为键值对的形式,键作为唯一标识,值作为数据存储。适合高并发、高读写场景。
1.2.3 文档模型
文档模型将半结构化数据以文档的形式存储,通常使用JSON、XML等格式编码。具有更好的数据表达能力和查询性能。
1.2.4 图数据模型
图数据模型将数据以图(节点、边)的形式展现,适合表达复杂的实体关系数据,应用于社交网络、知识图谱等场景。
1.3 ACID和BASE原则
1.3.1 ACID原则
ACID是关系型数据库Transaction(事务)必须满足的四个特性:
- 原子性(Atomicity) - 事务中的操作整体完成或整体失败
- 一致性(Consistency) - 数据库从一个有效状态转换到另一个有效状态
- 隔离性(Isolation) - 并发事务之间彼此隔离,互不影响
- 持久性(Durability) - 事务完成后,对数据的改变是持久的
ACID保证了数据的严格一致性和完整性。
1.3.2 BASE原则
BASE是NoSQL数据库设计原则:
- 基本可用(Basically Available) - 系统在任何时候都可以响应请求
- 软状态(Soft State) - 允许数据存在中间状态
- 最终一致性(Eventual Consistency) - 经过一段时间后数据最终会达到一致
BASE原则更注重系统的高可用性和可伸缩性,适合对数据一致性要求不是非常严格的场景。
1.4 数据库索引和查询优化
1.4.1 数据库索引
索引是排好序的查询优化数据结构,可以提高查询效率。常见的索引类型有:
- B+树索引 - 平衡多路查找树,常用于范围查询
- 哈希索引 - 基于哈希表实现,只支持精确匹配查找
- 全文索引 - 针对全文检索进行索引
- 空间索引 - 针对地理坐标数据索引
1.4.2 查询优化
查询优化器根据查询语句、数据分布情况及索引选择最优的查询执行计划。常见优化方式:
- 重写查询语句
- 选择合适的索引
- 子查询优化
- 数据分区
- 并行查询
- 缓存查询结果
第2章 主流数据库介绍
本章将分别介绍关系型数据库、NoSQL数据库、NewSQL数据库、内存数据库和时序数据库等领域的主流数据库产品,并分析其适用场景、优缺点等。
2.1 关系型数据库
2.1.1 Oracle Database
Oracle数据库是全球使用最为广泛的商业关系型数据库,提供了非常完备的数据库功能。它支持各种编程语言,具有强大的安全性、高可靠性、良好的扩展能力。广泛应用于各类企业级应用系统、ERP、CRM等领域。
优点:
- 成熟稳定,支持分布式处理
- 全面的管理和备份工具
- 提供很多额外功能,例如多媒体数据类型支持
缺点:
- 相对昂贵的许可和维护费用
- 对硬件资源要求较高
- 缺乏对非结构化数据的良好支持
2.1.2 MySQL
MySQL是最流行的开源关系型数据库,占有大量的中小型网站系统市场。它原生支持插件架构,支持多种存储引擎,易于使用和维护。MySQL在Web应用方面表现非常优秀,支持集群和复制等特性。
优点:
- 开源免费,成本低廉
- 轻量级、高性能
- 已在众多网站、应用中大规模使用验证
缺点:
- 不够稳定,在高并发访问时可能会出现问题
- 缺少些高级数据库功能,如视图、存储过程
- 对于大数据量和高并发场景,可扩展性差
2.1.3 PostgreSQL
PostgreSQL是一款开源的对象关系型数据库系统,在可靠性、健壮性和完整性方面表现非常出色,而且与商业数据库Oracle高度兼容。它支持大量现代特性,如多版本并发控制、异步复制、视图、存储过程等。
优点:
- 开源免费,性能出色
- 支持大量SQL语言特性
- 提供对应用程序级sql语言PL/SQL的支持
- 高可扩展性和健壮性
缺点:
- 处理简单负载时性能可能不如MySQL
- 商业支持和工具比如Oracle差一些
- 在Oracle兼容性与支持方面仍有一些缺陷
2.1.4 Microsoft SQL Server
SQL Server是Microsoft推出的关系型数据库产品,集成度很高,与Windows环境及其他Microsoft产品非常契合。适合构建企业级的数据处理环境。
优点:
- 企业级数据处理能力强大
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