NoSQL Chapter 1：Introduction to NoSQL（NoSQL 简介）
一、Introduction to NoSQL（NoSQL 简介）
数据库是一个用于存储数据的平台，其设计目标是确保数据的安全性、可靠性和易于访问性。通常，数据库分为两种类型：关系型数据库和非关系型数据库。非关系型数据库通常被称为 NoSQL 数据库。
NoSQL数据库用于存储大量复杂且多样化的数据，例如产品目录、日志、用户交互数据、分析数据等。MongoDB 是最成熟的 NoSQL 数据库之一，具有数据聚合、ACID（Atomicity 原子性、Consistency 一致性、 Isolation 隔离性、Durability 持久性）事务、水平扩展和图表等功能。我们将在接下来的章节中详细探讨这些特性。
数据对业务至关重要——特别是存储、分析和可视化数据，同时基于数据做出决策。正因如此，MongoDB 受到许多公司的信任和使用，例如Google、Facebook、Adobe、Cisco、eBay、SAP、Electronic Arts 等。
二、 Features of NoSQL（NoSQL 的特性）
1、Schema Flexibility（模式灵活性）
与传统的关系型数据库不同，NoSQL 数据库不需要预定义模式。这使得它可以存储各种类型和结构的数据，更容易应对不断变化的数据需求和非结构化数据。
2、Horizontal Scalability（水平扩展性）
NoSQL 数据库设计为通过将数据分布到多个服务器上来扩展。这种水平扩展能力使其能够通过简单地增加更多服务器到数据库集群中，来处理大量数据和高流量。
3、High Availability and Fault Tolerance（高可用性和容错性）
NoSQL 数据库内置的复制和分片功能确保了数据的可用性和弹性。数据在多个节点之间复制，提供了冗余，即使某些节点发生故障，系统也能继续运行。
4、 Performance（性能）
NoSQL 数据库针对特定用例进行了优化，通常比传统的关系型数据库提供更快的读写操作。这种性能提升对于需要实时数据访问和处理的应用程序尤为重要。
5、Diverse Data Models（多样化的数据模型）
NoSQL 数据库支持多种数据模型，包括键值对、文档、列族和图数据库。这种多样性使开发人员能够为其应用程序选择最合适的数据模型，从而提高效率和灵活性。
6、Cost-Effectiveness（成本效益）
能够使用廉价硬件进行水平扩展，使 NoSQL 数据库成为一种经济高效的解决方案。组织无需投资昂贵的高端服务器，而是可以使用价格合理的硬件来实现所需的扩展性和性能。
三、Relational Database Vs NoSQL（关系型数据库对比 NoSQL）
| Feature | Relationa | Database |
|---|---|---|
| Schema（模式） | 遵循严格的模式。数据库表需要预先定义所有列及其类型。任何偏离模式的数据操作都会导致错误。 | 不强制使用严格的模式，允许存储具有动态结构的非结构化数据。这使得数据库结构可以灵活演变。 |
| Datamodel/StorageStructure（数据模型/存储结构） | 数据存储在表中，每条记录作为一行，包含所有列的信息。修改表结构可能会影响其他表和相关应用程序。 | 数据根据不同的数据库类型以多种格式存储，常见的存储结构包括文档（Documents）、图（Graphs）、键值对（Key-Values）和宽列（Wide Columns）。数据库能够适应数据的动态变化，应用程序无需修改即可无缝运行。 |
| Normalization（规范化） | 规范化是用于消除重复数据并避免数据异常的过程。关系型数据库通过规范化防止数据异常，要求将数据存储在不同的表中并建立它们之间的关系。 | 更注重快速数据检索，数据可以是规范化的，但通常不强制要求。 |
| Scaling（扩展性） | 扩展性较差，通常采用垂直扩展（Vertical Scaling），即通过增加机器的计算能力和存储容量来实现扩展。 | 支持垂直扩展和水平扩展（Horizontal Scaling），数据可以分布在不同的机器和集群上，扩展性更强。 |
四、Types of NoSQL（NoSQL 的类型）
1、Key-Value Store（键值存储）
一种简单的数据存储系统，通过键（Key）来访问值（Value）。
2、Column Family Store（列族存储）
一种稀疏矩阵系统，使用行（Row）和列（Column）作为键。
3、Graph Store（图存储）
适用于关系密集型问题的存储系统。
4、Document Store（文档存储）
直接在数据库中存储分层数据结构。
五、Introduction to MongoDB（MongoDB 简介）
MongoDB 是一个功能强大、灵活且可扩展的通用数据库。它结合了横向扩展的能力，并提供了诸如二级索引、范围查询、排序、聚合和地理空间索引等特性。
MongoDB 是一个面向文档的数据库，而不是关系型数据库。放弃关系模型的主要原因是为了更容易进行横向扩展，同时它还有其他优势。
易于使用
面向文档的数据库用更灵活的 文档 模型取代了 行 的概念。通过支持嵌套文档和数组，这种文档导向的方法可以用单个记录表示复杂的层次结构关系。这种方式与现代面向对象编程语言中开发人员处理数据的方式天然契合。
在 MongoDB 中，一条记录就是一个文档，它是一种由字段和值对组成的数据结构。MongoDB 文档类似于 JSON 对象。字段的值可以包括其他文档、数组以及文档数组。
设计可扩展
应用程序的数据集规模正以惊人的速度增长。带宽的增加和廉价存储的普及，使得即使是小规模的应用程序也需要存储比许多传统数据库设计时所能处理的更多数据。曾经难以想象的 1TB 数据量，如今已变得司空见惯。
数据库的扩展方式主要有两种选择：纵向扩展（scale up），即升级到更强大的机器，或横向扩展（scale out），即将数据分片存储在多台机器上。MongoDB 旨在实现横向扩展。其面向文档的数据模型使得数据拆分到多个服务器变得更加容易。
MongoDB 能够自动管理集群中的数据和负载均衡，自动重新分配文档，并将读写请求正确地路由到相应的服务器。
六、Introduction to Redis（Redis 简介）
Redis 是一个开源（BSD 许可）、灵活的内存数据结构存储，可用作数据库、缓存和消息代理。类似于 Cassandra、CouchDB 和 MongoDB 等其他 NoSQL 数据库，Redis 允许用户存储海量数据，而不会受到关系型数据库的限制。
Redis 是一个非常快速的非关系型数据库，采用 键值对（key-value）存储，支持五种不同类型的值。Redis 还支持持久化存储（将数据写入磁盘）、复制（replication） 以扩展读性能，以及 客户端分片（sharding） 以扩展写性能。
