众所周知,被软件开发界经常使用到的数据库主要分为两种类型:SQL和NoSQL。两者到底孰优孰劣,我们又该在何种应用场景下使用呢?本文将和您对此进行深入探讨。

类型定义

SQL,即结构化查询语言,是传统的关系型数据库的查询语言。SQL数据库能够通过简化CRUD操作,处理数据库中的结构化数据。此处的CRUD代表了创建(create)、检索(或读取,retrieve、read)、更新(update)和删除(delete),四种控制数据的主要操作。

SQL数据库通常被称为关系型数据库管理系统(RDBMS)。由于此类系统主要利用基于行的数据库结构,连接各个数据表之间的相关数据对象,因此传统的RDBMS使用的是SQL语法。我们熟悉的Microsoft Access、MySQL、Microsoft SQL Server、SQLite、Oracle Database、IBM DB2、以及Backendless等都是RDBMS类型的SQL数据库。

而NoSQL数据库并没有任何固定用于保存数据的结构化数据表。从技术上讲,所有非关系型数据库都可以被称为NoSQL数据库。不同于关系型数据库,NoSQL数据库不但可以被快速地设置,并且只需最少量的预先规划(pre-planning)。常见的NoSQL数据库示例包括:MongoDB、DynamoDB、SimpleDB、CouchDB、CouchBase、OrientDB、InfiniteGraph、Neo4j、FlockDB、Cassandra、以及HBase等。

截至2021年5月,在DB-Engines上排名前六的数据库系统中,有五个是关系型数据库。其中前四名分别是Oracle、MySQL、Microsoft SQL Server和PostgreSQL。

下面,让我们来深入探讨SQL和NoSQL数据库的各种优缺点:

SQL的优势

从广义上说,SQL数据库需要对关系模型进行更高级的准备和规划。不过,其好处是您的数据将能够保持一致与整洁。通常,关系模型表示了数据在数据库中的存储方式,例如:每个数据表的结构、以及与其他表的关联方式。

  • 标准化模式

尽管具有标准化模式的SQL数据库、以及关系型数据库,通常被认为“死板”且难以被修改,但是它们有着更多的规范优势。例如,添加到数据库的每个数据对象,都必须符合各种链接表(包括行和列)的公认架构。显然,这对于数据的合规性、完整性、一致性、以及安全性,都是至关重要的。

  • 大量的用户群

由于SQL是一种成熟且应用广泛的编程语言,因此拥有着各种庞大的用户社区,其中不乏许多拥有丰富经验的专家。由他们提供的强大的SQL知识,可以为应用程序的开发人员提供大量的咨询、协作、以及提高技能的机会。

  • ACID的合规性

由于关系型数据库的数据表结构比较精确,因此SQL数据库具有ACID(请见下面的详述)的特点,能够有助于确保数据表的同步、以及事务的有效性。也就是说,因为SQL数据库可以提供较高数据完整性级别,所以它往往是运行应用程序的优先选择。

  1. 原子性(Atomicity):所有数据和事务的更改都是被完全作为单个操作执行的。如果失败,数据库则不会执行任何更改。

  2. 一致性(Consistency):数据在事务开始和完成时须保持一致且有效。

  3. 隔离性(Isolation):事务能够同步运行,且不产生任何竞争或冲突。它们能够表现得好像是连续发生的那样。

  4. 持久性(Durability):一旦事务完成,其数据结果应当是永久的,且不能被更改的。

比如说,对于一个库存管理系统,最重要的是一旦物品被购买掉,就应当从库存中被移除,以防止产生库存与实际产品数量不符的问题。也就是说,在客户下订单时,系统应及时更新库存、创建新的发货数据对象、更新付款信息、以及更新客户信息等。所有与此相关的数据表,都会得到同步和更新,以完成规定的事务。

  • 几乎不需要代码

SQL是一种对开发人员非常友好的语言。他们使用简单的英语,就可以轻松地学会管理和查询各种关系型数据库。而且他们需要使用的只是简单的关键字,而无需编写代码。

例如,Backendless数据库的查询就可以用SQL来编写。此外,SQL的相关术语还可以用于制作精确的API调用,以实现数据的访问和修改。即使是没有任何SQL查询编写背景的用户,也可以使用Database Views,直观地创建各种查询。

SQL的缺点

  • 硬件

SQL数据库只适合垂直方向的扩展。这意味着,您只能通过在现有的服务器上,增加诸如CPU、SSD和RAM之类的部件,或购买更快、更昂贵的服务器,以实现扩容。随着业务数据的不断增长,您会被持续要求增加硬盘空间,以及具有更优性能的主机,来承载更新、更先进的技术。正因为如此,由它产生的硬件淘汰率也会更高。

现代化SQL数据库往往会用到分片(sharding)的过程。分片技术可以在具有相同模式的多个数据表中,通过分离或分区数据,来实现水平扩展。例如,开发人员无需在同一个数据表中存储100,000个对象,而只要创建两个具有相同模式的数据表,并保证每个表都存储50,000个对象即可。而且两张表之间没有重复性。

当然,使用诸如Backendless之类的无服务器托管服务,也可以缓解扩展性的问题。该数据系统可以为您管理自动化的扩展,既省去了物理服务器的管理,又实现了大规模的数据库效能。

  • 过于死板

SQL数据库的传统关系模型或模式,必须在使用之前被事先定义好。而且一旦完成了定义,也就丧失了部分灵活性。即:任何调整都可能会成为资源密集型的负担。因此,开发者在将数据库投入生产环境之前,必须在规划设计上投入大量的时间。

当然,Backendless可以让开发人员即便是在应用程序启动之后,也可以随时修改架构,添加新的数据表和列,以及建立关系等,相较传统SQL数据库,具有更大的灵活性。因此,Backendless系统非常适合早期的产品开发,毕竟开发过程的初期不会被锁定在某一固定的模式中。

  • 数据规范化

开发关系型数据库的一项目标便是消除数据的重复。每张数据表都具有不同的信息。这些信息可以通过一些常用的值(如序列号)进行查询和连接。不过,当SQL数据库的变化过于频繁时,在多张数据表之间进行连接和查询,一旦碰到单个查询所需的数据表过多的情况,系统的速度要么会被拖慢,要么需要大量调用相应的处理能力。

  • 传统的资源密集型升级和扩展

如前所述,SQL数据库的纵向扩展能力需要通过扩大硬件投资来实现。显然,此举不但费钱而且费时,因此一些组织会试图让开发人员通过编程的方式,实现分区和水平扩展。例如,Backendless会以基础架构即服务(IaaS)的形式,为您自动管理扩展的过程,处理服务器的维护,以及资源的分配等艰巨任务,以便用户专注于构建出色的产品,而非数据库的增长。

NoSQL的优势

  • 查询速度

由于NoSQL查询是非规范化的,而特定查询所需的所有信息通常会被存储在一起,因此开发者能够对正在处理的大量数据进行轻松地查询,无需担心出现重复的数据。同时,NoSQL对于简单查询的响应也非常快。

  • 持续可用性

对于NoSQL数据库而言,由于数据分布在不同的区域和多个服务器上,因此,NoSQL数据库不但消除了单点故障,减少了停机时间,而且更具有扩展性、稳定性、以及持续可用性。

  • 敏捷

NoSQL数据库通过为开发人员提供了足够的灵活性,以协助提高他们的生产力和创造力。它们不但不会受到行和列的约束,并且其模式也不需要预先定义。此外,由于NoSQL数据库是动态的,因此它可以处理包括:多态化、半结构化、结构化、以及非结构化等各种类型的数据。

应用程序开发人员可以直接构建并开始使用NoSQL数据库,而无需花费精力和时间去进行前期规划。当需求发生变化、或需要添加新的数据类型时,它能够按需修改,以满足不同数据类型和不断变化的功能需求。

  • 低成本扩展

NoSQL数据库的水平扩展能力具有一定的成本效益。与昂贵的硬件升级不同,此类数据库可以通过简单地添加云实例、或虚拟服务器,来实现低成本的扩展。此外,许多开源的NoSQL数据库也为软件开发公司提供了廉价的数据库选择。

NoSQL的缺点

  • 没有标准化的语言

由于没有统一的用于执行NoSQL查询的固定语言,因此我们在查询不同的NoSQL数据库类型的数据时,所使用的语法会有所不同。这就导致了与只需学习一种SQL语言相比,NoSQL的学习曲线会更加陡峭。此外,由于出现得较晚,开发团队内可能缺乏研发与实施NoSQL系统的、有经验的人员,因此团队需要增加在培训或引进人才方面的成本。

  • 执行复杂查询的效率低下

如果NoSQL数据库中存在着丰富的数据结构,那么会因为缺乏可执行复杂查询的标准接口,而导致查询效率的低下。而且,由于数据结构的原因,就算执行简单的NoSQL查询,也可能需要一定的编程技巧。显然,这对于倡导无代码化的开发人员而言,会是一种挑战。

  • 专家数量有待增加

不可否认,已有越来越多开发人员愿意使用NoSQL数据库,并且在不断地壮大着其相应的社区。但是,相对于成熟的SQL社区,该领域的专家和顾问可能需要更多的时间,去解决那些未曾被记录的NoSQL问题。

  • 数据检索不一致

由于NoSQL数据库是分布式的,数据在被快速获得的同时,其查询结果可能不会返回的是最新、最准确的数据信息。毕竟分布式方法会使得数据库,根据查询服务器的不同,而持续返回不同的数据值。

相对于前面提到的ACID级别,许多NoSQL数据库更符合BASE标准(译者注:是基本可用--Basically Available、软状态--Soft state和最终一致性--Eventually consistent,三个短语的简写)。显然,NoSQL更重视的是可用性与速度。可以说,数据检索的不一致性,是NoSQL数据库的主要缺点之一。

小结

综上所述,SQL和NoSQL数据库都有着各自的适用场景,并能满足特定的数据需求与应用目标。您可以根据自己手头项目的实际特点,权衡两者的利弊,做出合适的选择。当然,您的选择也不一定是排他的。您完全可以将两者结合起来使用,让每种数据库类型都能够发挥各自的优势。事实上,许多公司在其云端架构中、甚至是在同一个应用程序中,正在同时使用这两种类型的数据库。

译者介绍

陈 峻 (Julian Chen),51CTO社区编辑,具有十多年的IT项目实施经验,善于对内外部资源与风险实施管控,专注传播网络与信息安全知识与经验;持续以博文、专题和译文等形式,分享前沿技术与新知;经常以线上、线下等方式,开展信息安全类培训与授课。

原文标题:SQL vs NoSQL Database – A Complete Comparison,作者:Chris Fanchi