7种系统设计中的数据库范式

 

在设计系统时，选择合适的数据库并明确原因是最重要的决策之一。市场上有许多不同的数据库可供选择，这使得做出正确选择变得困难且令人困惑。每个数据库都有其自己的故事和自己独特的视角。

因此，让我们深入了解可以将数据库分类为的7个广泛范畴：

1. 关系数据库（Relational Database）:

这些是最流行的数据库类型。你可能已经了解并且可能已经使用过这些数据库！

关系数据库管理系统（RDBMS）将数据存储为二维表格，具有行和列。每个表格代表特定的实体或概念。表格中的每一行代表该实体的一个单独记录或实例，每列代表该实体的特定属性或特征。

示例数据库：MySQL，PostgreSQL，Oracle Database

主要特点:

•查询和分析：关系数据库提供强大的查询语言，例如SQL（结构化查询语言），可实现复杂的数据检索、过滤、排序和聚合操作。•表格可以关联，并通过使用主键和外键来建立关系。主键是表格中每一行的唯一标识符，确保其唯一性并提供了访问和引用数据的方式。外键通过引用另一个表格的主键来建立表格之间的关系。•结构和完整性：关系数据库通过定义的约束来强制数据完整性，如主键唯一性、引用完整性和数据类型约束。数据值具有类型，可以是数值、字符串、日期、未解释的二进制数据或其他类型。•重要的是，表格可以连接并转变为新的、更复杂的表格。•灵活性：关系数据库允许添加、修改和删除数据，而不会影响整体数据库结构或其他相关数据。•可扩展性：关系数据库可以处理大量数据，通过将数据分布到多台服务器上进行水平扩展。

实际用途： 关系数据库通常用于管理结构化数据，例如客户信息、库存和财务记录。例如，电子商务平台可以使用关系数据库来存储产品详情、客户订单和交易历史。

2. 键-值数据库（Key-Value Database）:

键-值数据库是NoSQL（Not Only SQL）数据库的一种，它将数据存储为键-值对的集合。在这种数据库模型中，每个数据片段都与唯一的键相关联，该键充当该值的标识符。

示例数据库：Redis，Amazon DynamoDB，Riak

 

主要特点:

•简单性：键-值数据库具有简单的数据模型，易于理解、使用和集成到应用程序中。•高性能：在键-值数据库中，通过键检索数据通常非常快，因为它涉及到直接查找，而不涉及复杂的查询或连接操作。•可扩展性：键-值数据库可以处理高写入和读取负载，并可以通过添加更多节点来水平扩展，以分发数据。

实际用途： 键-值数据库通常用于缓存、会话管理以及需要高速数据检索的场景。它们可以存储频繁访问的数据，例如HTML片段、API响应、用户首选项或频繁使用的查询结果。

3. 列数据库（Columnar Database）:

在传统的基于行的数据库中，数据以水平方式存储，每一行包含特定记录的所有属性或列。相反，列数据库以垂直方式存储数据，将来自同一列的值分组到多个行中。在结构方面，列数据库介于关系数据库和键-值数据库之间。

 

示例数据库：Apache Cassandra，Google Bigtable，HBase

主要特点:

•列式存储：数据以列方式存储，允许高效的压缩和改进的查询性能。这种存储结构有助于更快地访问和检索数据，特别是在处理大型数据集时。•压缩和编码：列数据库可以使用专门的针对列数据的压缩和编码技术。这些技术利用列内的数据模式，减少存储需求并提高查询执行速度。•分析查询：列数据库在执行**分析查询时表现出

色，如聚合、过滤和复杂计算**，因为它们只需访问相关列，而不需要扫描整行。

•在列向数据库中，添加列是相当廉价的，并且是按行进行的。每行可以具有不同的列集合，或者根本没有列，允许表格保持稀疏而不会为null值的存储成本。

实际用途： 列数据库在涉及大规模数据存储和分析的场景中表现出色。它们用于应用程序，如时间序列数据分析、日志处理和数据仓库。

4. 文档数据库（Document-Based Databases）:

文档数据库，也称为面向文档的数据库或文档存储，是NoSQL数据库的一种，以半结构化或非结构化文档的形式存储和检索数据。

 

示例数据库：MongoDB，Couchbase

•数据以灵活的、自描述的文档形式组织和存储，通常以JSON（JavaScript对象表示法）、BSON（二进制JSON）或XML等格式。•文档通常组织到集合或桶中，每个文档都由一个键唯一标识。•灵活的模式：文档数据库允许模式的灵活性，允许在不提前定义严格结构的情况下存储和检索数据。这使得文档数据库非常适合处理不断发展或半结构化数据。•丰富的数据模型：文档可以包含复杂的嵌套数据结构、数组和键值对，为许多现实世界的对象和关系提供了自然的表示。•可扩展性：文档数据库可以通过分布数据到多台服务器或集群来水平扩展，以实现高可用性和性能。•查询和索引：文档数据库提供强大的查询功能，允许根据文档内容、嵌套字段甚至进行全文搜索。•可以利用索引来优化查询性能。

实际用途： 文档数据库适用于数据非结构化或在不同实体之间变化的场景。用例包括内容管理系统，其中每个文档代表一个网页，以及用户配置文件，用户特定的数据可以存储在单个文档中。

5. 图数据库（Graph Databases）:

图数据库是NoSQL数据库的一种，用于表示和存储以实体（节点）和它们之间的关系（边）为基础的数据。在图数据库中，数据被建模为由节点、边和属性组成的图结构。节点表示实体或对象，例如人、地方或产品。每个节点可以具有与之相关的属性，提供关于实体的附加信息。边表示节点之间的关系，也可以具有属性。节点之间的关系可以是有向或无向的，可以有不同类型或标签。

 

示例数据库：Neo4j，Amazon Neptune，ArangoDB

主要特点:

•关系聚焦：图数据库擅长捕获和表示实体之间复杂的关系。它们允许高效遍历图，实现强大的查询和模式匹配。•灵活的模式：图数据库具有灵活的模式，允许对数据模型进行动态更改和更新。可以添加新节点、边和属性，而不会影响整个图结构。•性能：图数据库优化了查询和导航复杂关系的性能。遍历节点之间的连接非常高效，使它们非常适合涉及查询和分析关系的用例。•图分析：图数据库支持高级图算法和分析，允许执行任务，如路径查找、社交网络分析。

实际用途： 图数据库非常适用于社交网络平台、推荐系统和欺诈检测等场景。它们可以高效查询相互关联的数据，例如查找朋友的朋友、识别共同兴趣或在网络中检测模式。

6. 搜索引擎数据库（Search-Engine Database）:

搜索型数据库，也称为搜索驱动型数据库或启用搜索型数据库，是一种将搜索功能作为核心特性的数据库类型。与传统数据库不同，传统数据库主要专注于基于特定查询或条件的数据存储和检索。

在搜索型数据库中，数据被索引并优化以进行高效搜索。

 

示例：Elasticsearch，Apache Solr 和 Algolia

•索引：数据库使用高级索引技术创建反向索引来索引数据。此索引将关键词或术语映射到包含它们的文档或记录。•查询处理

：搜索型数据库提供强大的搜索功能，允许用户使用关键字、短语甚至复杂的搜索查询进行全文搜索。数据库会处理对索引的搜索查询，并检索相关性最高的结果。

•相关性排序：搜索型数据库使用相关性排序算法来确定呈现搜索结果的顺序。这些算法考虑了诸如术语频率、文档流行度、术语接近度和其他相关性指标等因素。•文本分析：搜索型数据库通常包括文本分析技术，如分词、标记化和同义词扩展，以提高搜索准确性。这些技术确保在搜索过程中捕获到词汇的变化或相关术语。•分面搜索：搜索型数据库可能支持分面搜索，允许用户根据预定义的类别或属性应用过滤器或分面缩小搜索结果。

实际用途： 包括电子商务平台、内容管理系统、文档存储库、知识库以及任何需要高效全文搜索功能的应用程序。

7. 时间序列数据库（Time-Series Database）:

时间序列数据库旨在高效地存储、检索和分析带有时间戳或时间序列数据。它们擅长处理大量按时间顺序排序并与特定时间戳相关联的数据点。

 

示例：InfluxDB，Prometheus

主要特点:

•基于时间的数据存储：时间序列数据库存储具有相关时间戳的数据点，允许轻松检索和分析随时间变化的数据。•高写入吞吐量：时间序列数据库经过优化以处理不断涌入的数据，这些数据来自各种来源，如传感器网络、日志、金融数据或监视系统。•压缩技术：时间序列数据库通常采用压缩技术来高效存储和减少时间序列数据的存储空间。•高效查询：时间序列数据库提供专业查询功能，如范围查询、聚合函数、降采样和筛选，以实现高效的时间序列数据检索和分析。•保留策略：时间序列数据库提供可配置的保留策略，允许自动删除或归档较旧的数据，以高效管理存储空间。•可扩展性：时间序列数据库设计用于水平扩展，允许在多个节点或集群之间分布时间序列数据的存储和处理。

实际用途： 物联网应用程序、监视和可观察性系统、金融分析、网络和服务器监视、日志分析以及涉及收集、分析和可视化时间戳数据的任何场景。

7个范式的总结：

 

[额外的速查表 ] 选择正确的数据库：

 

选择正确的数据库

愿你学习愉快！