講講NoSQL比較火的三個數據庫Memcached、Redis、MongoDB

前言

NoSQL，泛指非關係型的數據庫。隨着互聯網不斷的發展，傳統的關係數據庫在應付新互聯網模式的網站，特別是超大規模和高併發的SNS類型的純動態網站已經顯得力不從心，暴露了不少難以克服的問題，而非關係型的數據庫則因爲其自己的特色獲得了很是迅速的發展。NoSQL數據庫的產生就是爲了解決大規模數據集合多重數據種類帶來的挑戰，尤爲是大數據應用難題。而今天主要講用得比較多的三個NoSQL：Memcached、Redis、MongoDB。

Memcached

優勢
1.Memcached能夠利用多核優點，單實例吞吐量極高，能夠達到幾十萬QPS（取決於key、value的字節大小以及服務器硬件性能，平常環境中QPS高峯大約在4-6w左右）。適用於最大程度扛量。

2.支持直接配置爲session handle。

缺點
1.只支持簡單的key/value數據結構，不像Redis能夠支持豐富的數據類型。

2.沒法進行持久化，數據不能備份，只能用於緩存使用，且重啓後數據所有丟失。

3.沒法進行數據同步，不能將MC中的數據遷移到其餘MC實例中。

4.Memcached內存分配採用Slab Allocation機制管理內存，value大小分佈差別較大時會形成內存利用率下降，並引起低利用率時依然出現踢出等問題。須要用戶注重value設計。

Redis

優勢
1.支持多種數據結構，如 string（字符串）、 list(雙向鏈表)、dict(hash表)、set(集合）、zset(排序set)、hyperloglog（基數估算）。

2.支持持久化操做，能夠進行aof及rdb數據持久化到磁盤，從而進行數據備份或數據恢復等操做，較好的防止數據丟失的手段。

3.支持經過Replication進行數據複製，經過master-slave機制，能夠實時進行數據的同步複製，支持多級複製和增量複製，master-slave機制是Redis進行HA的重要手段。

4.單線程請求，全部命令串行執行，併發狀況下不須要考慮數據一致性問題。

5.支持pub/sub消息訂閱機制，能夠用來進行消息訂閱與通知。

6.支持簡單的事務需求，但業界使用場景不多，並不成熟。

缺點
1.Redis只能使用單線程，性能受限於CPU性能，故單實例CPU最高才可能達到5-6wQPS每秒（取決於數據結構，數據大小以及服務器硬件性能，平常環境中QPS高峯大約在1-2w左右）。

2.支持簡單的事務需求，但業界使用場景不多，並不成熟，既是優勢也是缺點。

3.Redis在string類型上會消耗較多內存，可使用dict（hash表）壓縮存儲以下降內存耗用。

MongoDB

優勢
1.更高的寫負載，MongoDB擁有更高的插入速度。

2.處理很大的規模的單表，當數據表太大的時候能夠很容易的分割表。

3.高可用性，設置M-S不只方便並且很快，MongoDB還能夠快速、安全及自動化的實現節點（數據中心）故障轉移。

4.快速的查詢，MongoDB支持二維空間索引，好比管道，所以能夠快速及精確的從指定位置獲取數據。MongoDB在啓動後會將數據庫中的數據以文件映射的方式加載到內存中。若是內存資源至關豐富的話，這將極大地提升數據庫的查詢速度。

5.非結構化數據的爆發增加，增長列在有些狀況下可能鎖定整個數據庫，或者增長負載從而致使性能降低，因爲MongoDB的弱數據結構模式，添加1個新字段不會對舊錶格有任何影響，整個過程會很是快速。

缺點
1.不支持事務。

2.MongoDB佔用空間過大 。

3.MongoDB沒有成熟的維護工具。

Memcached、Redis、MongoDB的區別

1.性能
三者的性能都比較高，總的來說：Memcached和Redis差很少，要高於MongoDB。

2.便利性
Memcached數據結構單一。

Redis豐富一些，數據操做方面，Redis更好一些，較少的網絡IO次數。

MongoDB支持豐富的數據表達，索引，最相似關係型數據庫，支持的查詢語言很是豐富。

3.存儲空間
Memcached能夠修改最大可用內存，採用LRU算法。

Redis在2.0版本後增長了本身的VM特性，突破物理內存的限制；能夠對key value設置過時時間（相似memcached）。

MongoDB適合大數據量的存儲，依賴操做系統VM作內存管理，吃內存也比較厲害，服務不要和別的服務在一塊兒。

4.可用性
Memcached自己沒有數據冗餘機制，也不必；對於故障預防，採用依賴成熟的hash或者環狀的算法，解決單點故障引發的抖動問題。

Redis，依賴客戶端來實現分佈式讀寫；主從複製時，每次從節點從新鏈接主節點都要依賴整個快照,無增量複製，因性能和效率問題，因此單點問題比較複雜；不支持自動sharding,須要依賴程序設定一致hash 機制。一種替代方案是，不用redis自己的複製機制，採用本身作主動複製（多份存儲），或者改爲增量複製的方式（須要本身實現），一致性問題和性能的權衡。

MongoDB支持master-slave,replicaset（內部採用paxos選舉算法，自動故障恢復）,auto sharding機制，對客戶端屏蔽了故障轉移和切分機制。

5.可靠性
Memcached不支持，一般用在作緩存，提高性能。

Redis支持（快照、AOF）：依賴快照進行持久化，aof加強了可靠性的同時，對性能有所影響。

MongoDB從1.8版本開始採用binlog方式支持持久化的可靠性。

6.一致性
Memcached在併發場景下，用cas保證一致性。

Redis事務支持比較弱，只能保證事務中的每一個操做連續執行。

MongoDB不支持事務。
7.數據分析

MongoDB內置了數據分析的功能(mapreduce)，其餘二者不支持。

8.應用場景
Memcached：用於在動態系統中減小數據庫負載，提高性能；作緩存，提升性能（適合讀多寫少，對於數據量比較大，能夠採用sharding）。

Redis：數據量較小的高性能操做和運算上。

MongoDB：主要解決海量數據的訪問效率問題。

總結分析

1.如果簡單的存取key-value（主要是讀）這樣的數據用Memcached好一些。如果要支持數據持久化，量也不大，操做很頻繁，多數據類型(如集合、散列之類的)，用列表類型作隊列之類的高級應用，就用Redis，但若是是數據量比較大時就採用MongoDB。

2.Memcached的不少客戶端更加成熟穩定，Redis協議比Memcached複雜。Redis不可能比Memcached快？可是測試結果基本是Redis佔絕對優點。

3.雲數據庫Memcached版實例中的數據是存儲在內存中的，當出現宕機、機房斷電等意外，或是雲數據庫Memcached版實例在正常升級維護時，內存中的數據均會丟失。所以，雲數據庫Memcached版不能做爲持久化的數據存儲服務使用。Redis的數據都存放在內存中，若是沒有配置持久化，Redis重啓後數據就全丟失了，因而須要開啓Redis的持久化功能，將數據保存到磁盤上，當Redis重啓後，能夠從磁盤中恢復數據，實現持久化。

4.對於Redis和MongoDB來講，你們通常稱之爲Redis緩存、MongoDB數據庫。Redis主要把數據存儲在內存中，其「緩存」的性質遠大於其「數據存儲「的性質，其中數據的增刪改查也只是像變量操做同樣簡單；MongoDB倒是一個「存儲數據」的系統，增刪改查能夠添加不少條件，就像SQL數據庫同樣靈活。

5.MongoDB和Redis都是NoSQL，採用結構型數據存儲。兩者在使用場景中，存在必定的區別，這也主要因爲兩者在內存映射的處理過程，持久化的處理方法不一樣。MongoDB建議集羣部署，更多的考慮到集羣方案，Redis更偏重於進程順序寫入，雖然支持集羣，也僅限於主-從模式。

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