无SQL，有储存：探究缓存数据库的应用 (nosql 缓存数据库)
在数据处理领域，无SQL数据库的出现已经很长时间了，不过对于一些数据处理不是很复杂的领域，缓存数据库也成为了一种很好的处理方案。随着互联网和物联网的高速发展，数据的处理已经成为了企业和组织之间竞争和发展的必杀技。与此同时，数据的大小和复杂性也在随着时间的推移而不断增长。无SQL数据库和缓存数据库在如今的数据处理领域扮演着非常重要的角色。
什么是缓存数据库？
缓存数据库可以理解为一种内存中的数据存储技术，相比于传统的磁盘储存，数据查询速度更快。缓存数据库保存的数据通常是数据的拷贝，且这些拷贝是在数据源所在的数据库被修改后才进行更新。缓存数据库在数据表现、计算结果或者追踪行为的查询中都可以大大提升数据的运算速度。
缓存数据库的应用场景
缓存数据库有着广泛的应用场景，在一些需要高速数据读取和响应的场合是非常有效的解决方案。比如，一些临时数据计算、网络应用、实时系统信息和数据搜索等，都可以使用缓存数据库来提升操作效率。
缓存数据库的工作原理
缓存数据库通过内存占用和磁盘数据的拷贝来实现数据的存储和查询速度的提升。当应用程序需要查询数据时，缓存数据库首先会检查自己的内存中是否存在该数据，如果存在则从内存中返回该数据。如果缓存数据库内存中不存在该数据，那它就会先查询相关的磁盘数据，将数据缓存在内存中，并返回结果。同时，它还会将相关的数据结果拷贝到其他其它缓存服务器中，以提升整体性能。
缓存数据库的优点
使用缓存数据库的更大优点是快速读取数据，这意味着数据查询结果的相应速度可以在毫秒级别完成。缓存数据库具有方便、快捷和易于调节的优点，相比于其它存储方案，它的性能更好，稳定性更高，响应速度也更快。
缓存数据库的缺点
缓存数据库并不适合所有的数据存储应用，因为缓存数据库的查询结果是存储在内存中且缓存数据库可能会出现内存瓶颈以及数据备份的问题。此外，在缓存数据库使用期间，也需要注意数据的完整性问题，数据缓存并且更新，比较耗费资源，需要使用合适的算法来解决这些问题。
缓存数据库的选型
对于缓存数据库的选型来说，需要考虑周全，主要考虑的因素有：数据量、计算负载、缓存对象、数据更新频率等。因此，在选择缓存数据库时，需要选择合适的技术和算法来满足自身的特殊需求和运算异质性，并且应该同时考虑在数据读取和写入方面的性能优化。
缓存数据库的实现
目前，市场上有很多流行的缓存数据库实现，包括Memcached、Redis、Hazelcast、Couchbase和Ehcache等。其中，Memcached和Redis作为业界的缓存数据库领军产品，已经成为了许多企业、开发团队和组织的首选。
随着越来越多的数据要求高速读取和响应，缓存数据库的应用范围也在不断扩大。缓存数据库在计算负载、存储资源更大化利用和性能优化等方面都有很好的表现。对于企业和开发团队来说，选择适合自身需求的缓存数据库解决方案，将会带来业务成长和创新的巨大机会。
相关问题拓展阅读：
redis和mysql区别是什么？
1、在数据库方面，mysql是关系型数据库主要用于存放持久化数据，redis是NOSQL，即非关系型数据库，也是缓存数据库，缓存的读取速度快，能够大大的提高运行效率，但是保存时间有限。
2、在运行机制方面，mysql作为持久化存储的关系型数据库，相对薄弱的地方在于每次请求访问数据库时，都存在着I/O操作，如果反复频繁的访问数据库。
3、在作用方面，mysql是存储数据到硬盘，功能强大，速度较慢，但是读写速度没有Redis快，redis为较为频繁的数据到缓存中，读取速度快，基于内存，读写速度快，也可做持久化，但是内存空间有限，当数据量超过内存空间时，需扩充内存，但内存价格贵。
4、在需求方面，mysql和redis因为需求的不同，一般都是配合使用。需要高性能的地方使用Redis，不需要高性能的地方使用MySQL。存储数据在MySQL和Redis之间做同步。
1.mysql和redis的数据库类型
mysql是关系型数据库，主要用于存放持久化数据，将数据存储在硬盘中，读取速度较慢。
redis是NOSQL，即非关系型数据库，也是缓存数据库，即将数据存储在缓存中，缓存的读取速度快，能够大大的提高运行效率，但是保存时间有限
2.mysql的运行机制
mysql作为持久化存储的关系型数据库，相对薄弱的地方在于每次请求访问数据库时，都存在着I/O操作，如果反复频繁的访问数据库。之一：会在反复链接数据库上花费大量时间，从而导致运行效率过慢；第二：反复的访问数据库也会导致数据库的负载过高，那么此时缓存的概念就衍生了出来。
3.缓存
缓存就是数据交换的缓冲区（cache），当浏览器执行请求时，首先会对在缓存中进行查找，如果存在，就获取；否则就访问数据库。
缓存的好处就是读取速度快
4.redis数据库
redis数据库就是一款缓存数据库，用于存储使用频繁的数据，这样减少访问数据库的次数，提高运行效率。
5.redis和mysql的区别总结
（1）类型上
从类型上来说，mysql是关系型数据库，redis是缓存数据库
（2）作用上
mysql用于持久化的存储数据到硬盘，功能强大，但是速度较慢
redis用于存储使用较为频繁的数据到缓存中，读取速度快
（3）需求上
mysql和redis因为需求的不同，一般都是配合使用。
redis是键值型数据
mysql是关系型数据库
分布式缓存的作用？
分布式缓存主要用于在高并发环境下，减轻数据库的压力，提高系统的响应速度和并发吞吐。当大量的读、写请求涌向数据库时，磁盘的处理速度与内存显然不在一个量级，因此，在数据库之前加一层缓存，能够显著提高系统的响应速度，并降低数据库的压力。作为传统的大竖关系型数据库，MySQL提供完整的ACID操作，支持丰富的数据类型、强大的关联查询、where语句等，能够非常客易地建立查询索引，执行复杂的内连接、外连接、求和、排序、分组等操作，并且支持存储过程、函数等功能，产品成熟度高，功能强大。但是，对于需要应对高并发访问并且存储海量数据的场景来说，出于对性能的考虑，不得不放弃很多传统关系型数据库原本强大的功能，牺牲了系统的易用性，并且使得系统的设计和管理变得更为复杂。这也使得在过去几年中，流行着另一种新的存储解决方案——NoSQL，它与传统的关系型数据库更大的差别在于，它不使用SQL作为查询语言来查找数据，而采用key-value形式进行查找，提供了滚仿闹更高的查询效率及吞吐，并且能够更加方便地进行扩展，存储海量数据，在数千个节点上进行分区，自动进行数据的复制和备份。在分布式系统中，消息作为应用间通信的一种方式，得到了十分广泛的应用。消息可以被保存在队列中，直到被接收者取出，由于消息发送者不需要同步等待消息接收者的响应，消息的异步接收降低了系统集成的耦合度，提升了分布式系统协作大罩的效率，使得系统能够更快地响应用户，提供更高的吞吐。
当系统处于峰值压力时，分布式消息队列还能够作为缓冲，削峰填谷，缓解集群的压力，避免整个系统被压垮。垂直化的搜索引擎在分布式系统中是一个非常重要的角色，它既能够满足用户对于全文检索、模糊匹配的需求，解决数据库like查询效率低下的问题，又能够解决分布式环境下，由于采用分库分表，或者使用NoSQL数据库，导致无法进行多表关联或者进行复杂查询的问题。
分布式缓存主要用于在高并发环境下，减轻数据库的压力，提高系统的响应速度和并发吞吐。当大量的读、写请求涌向数据库时，磁盘的处理速度与内存显然不在一个量级，因此，在数据库之前加一层缓存，能够显著提高系统的响应速度，并降低数据库的压力。作为传统的
关系型数据库
，MySQL提供完整的ACID操作，支持丰富的数据类型、强大的关联查询、where语句等，能够非常客易地建立查询索引，执行复杂的内连接、外连接、求和、排序、分组等操作，并且支持
存储过程
、函数等功能，产品成熟度高，功能强大。但是，对于需要应对高并发访问并且存储
海量数据
的场景来说，出于对性能的考虑，不得不放弃很多传统关系型数据库原本强大的功能，牺牲了系统的易大罩用性，并且使得系统的设计和管理变得更为复杂。这也使得在过去几年中，流行着另一种新的存储解决方案——NoSQL，它与传统的关系型数据库更大的差别在于，它不使用SQL作为查询语言来查找数据，而采用key-value形式进行查找，提供了更高的查询效率及吞吐，并且能够更加方便地进行扩展，存储海量数据，在数千个节点上进行分区，滚仿闹自动进行数据的复制和备份。在
分布式系统
中，消息作为应用间通信的一种方式，得到了十分广泛的应用。消息可以被保存在队列中，直到被接收者取出，由于消息发送者不需要同步等待消息接收者的响应，消息的异步接收降低了
系统集成
的耦合度，提升了分布式系统协作的效率，使得系统能够更快地响应用户，提供更高的吞吐。
当系统处于峰值压力时，分布式
消息队列
还能够作为缓冲，削峰填谷，缓解集群的压力，避免整个系统被压垮。垂直化的
搜索引擎
在分布式系统中是一个非常重要的角色，它既能够满足用户对于全文检索、模糊匹配的需求，解决数据库like查询效率低下的问题，又能够解大竖决分布式环境下，由于采用分库分表，或者使用NoSQL数据库，导致无法进行多表关联或者进行复杂查询的问题。
分布式缓存能够处理大量的动态数据，因此比较适合应用在Web 2.0时代中的社交网站等需要由用户生成内容的场景。从本地缓存扩展到分布式缓存后，关注重点从CPU、内野余存、缓存之间的数据传输速度差异也扩展到了业务系统、数据库、分布式缓存之间的数据传输速度差异。
常用的分布式缓存包括Redis和Memcached。
Memcached
Memcached是一个高性能的分布式内存对象缓存系统，用于动态Web应用以减轻数据库负载。Memcached通过在内存中缓存数据和对象来减少读取数据库的次数，从而提颂段滚高动态、数据库驱动网站的速度。
特点：哈希方式存储；燃备全内存操作；简单文本协议进行数据通信；只操作字符型数据；集群由应用进行控制，采用一致性哈希算法。
限制性：数据保存在内存当中的，一旦机器重启，数据会全部丢失；只能操作字符型数据，数据类型贫乏；以root权限运行，而且Memcached本身没有任何权限管理和认证功能，安全性不足；能存储的数据长度有限，更大键长250个字符，储存数据不能超过1M。
Redis
Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。
特点：
Redis支持的数据类型包括：字符串、string、hash、set、sortedset、list；Redis实现持久化的方式：定期将内存快照写入磁盘；写日志；Redis支持主从同步。
限制性：单核运行，在存储大数据的时候性能会有降低；不是全内存操作；主从复制是全量复制，对实际的系统运营造成了一定负担。
为什么要使用NoSQL？NOSQL的优势
这次的NoSQL专栏系列将先整体介绍NoSQL，然后介绍如何把NoSQL运用到自己的项目中合适的场景中，还会适当地分析一些成功案例，希望有成功使用NoSQL经验的朋友给我提供一些线索和信息。
NoSQL概念随着web2.0的快速发展，非关系型、分布式数据存储得到了快速的发展，它们不保证关系数据的ACID特性。NoSQL概念在2023年被提了出来。NoSQL最常见的解释是“non-relational”，“Not Only SQL”也被很多人接受。（“NoSQL”一词最早于1998年被用于一个轻量级的关系数据库的名字。）
NoSQL被我们用得最多的当数key-value存储，当然还有其他的文档型的、列存储、图型数据库、xml数据库等。在NoSQL概念提出之前，这些数据库就被用于各种系统当中，但是却很少用于web互联网应用。比如cdb、qdbm、bdb数据库。
传统关系数据库的瓶颈
传统的关系数据库具有不错的性能，高稳定型，久经历史考验，而且使用简单，功能强大，同时也积累了大量的成功案例。在互联网领域，MySQL成为了绝对靠前的王者，毫不夸张的说，MySQL为互联网的发展做出了卓越的贡献。
在90年代，一个网站的访问量一般都不大，用单个数据库完全可以轻松应付。在那个时候，更多的都是静态网页，动态交互类型的网站不多。
到了最近10年，网站开始快速发展。火爆的论坛、博客、sns、微博逐渐引领web领域的潮流。在初期，论坛的流量其实也不大，如果你接触网络比较早，你可能还记得那个时候还有文本型存储的论坛程序，可以想象一般的论坛的流量有多大。
Memcached+MySQL
后来，随着访问量的上升，几乎大部分使用MySQL架构的网站在数据库上都开始出现了性能问题，web程序不再仅仅专注在功能上，同时也在追求性能。程序员们开始大量的使用缓存技术来缓解数据库的压力，优化数据库的结构和索引。开始比较流行的是通过文件缓存来缓解数据库压力，但是当访问量继续增大的时候，多台web机器通过文件缓存不能共享，大量的小文件缓存也带了了比较高的IO压力。在这个时候，Memcached就自然的成为一个非常时尚的技术产品。
Memcached作为一个独立的分布式的缓存服务器，为多个web服务器提供了一个共享的高性能缓存服务，在Memcached服务器上，又发展了根据hash算法来进行多台Memcached缓存服务的扩展，然后又出现了一致性hash来解决增加或减少缓存服务器导致重新hash带来的大量缓存失效的弊端。当时，如果你去面试，你说你有Memcached经验，肯定会加分的。
Mysql主从读写分离
由于数据库的写入压力增加，Memcached只能缓解数据库的读取压力。读写集中在一个数据库上让数据库不堪重负，大部分网站开始使用主从复制技术来达到读写分离，以提高读写性能和读库的可扩展性。Mysql的master-slave模式成为这个时候的网站标配了。
分表分库随着web2.0的继续高速发展，在Memcached的高速缓存，MySQL的主从复制，读写分离的基础之上，这时MySQL主库的写压力开始出现瓶颈，而数据量的持续猛增，由于MyISAM使用表锁，在高并发下会出现严重的锁问题，大量的高并发MySQL应用开始使用InnoDB引擎代替MyISAM。同时，开始流行使用分表分库来缓解写压力和数据增长的扩展问题。这个时候，分表分库成了一个热门技术，是面试的热门问题也是业界讨论的热门技术问题。也就在这个时候，MySQL推出了还不太稳定的表分区，这也给技术实力一般的公司带来了希望。虽然MySQL推出了MySQL Cluster集群，但是由于在互联网几乎没有成功案例，性能也不能满足互联网的要求，只是在高可靠性上提供了非常大的保证。
MySQL的扩展性瓶颈
在互联网，大部分的MySQL都应该是IO密集型的，事实上，如果你的MySQL是个CPU密集型的话，那么很可能你的MySQL设计得有性能问题，需要优化了。大数据量高并发环境下的MySQL应用开发越来越复杂，也越来越具有技术挑战性。分表分库的规则把握都是需要经验的。虽然有像淘宝这样技术实力强大的公司开发了透明的中间件层来屏蔽开发者的复杂性，但是避免不了整个架构的复杂性。分库分表的子库到一定阶段又面临扩展问题。还有就是需求的变更，可能又需要一种新的分库方式。
MySQL数据库也经常存储一些大文本字段，导致数据库表非常的大，在做数据库恢复的时候就导致非常的慢，不容易快速恢复数据库。比如1000万4KB大小的文本就接近40GB的大小，如果能把这些数据从MySQL省去，MySQL将变得非常的小。
关系数据库很强大，但是它并不能很好的应付所有的应用场景。MySQL的扩展性差（需要复杂的技术来实现），大数据下IO压力大，表结构更改困难，正是当前使用MySQL的开发人员面临的问题。
NOSQL的优势易扩展NoSQL数据库种类繁多，但是一个共同的特点都是去掉关系数据库的关系型特性。数据之间无关系，这样就非常容易扩展。也无形之间，在架构的层面上带来了可扩展的能力。
大数据量，高性能
NoSQL数据库都具有非常高的读写性能，尤其在大数据量下，同样表现优秀。这得益于它的无关系性，数据库的结构简单。一般MySQL使用Query Cache，每次表的更新Cache就失效，是一种大粒度的Cache，在针对web2.0的交互频繁的应用，Cache性能不高。而NoSQL的Cache是记录级的，是一种细粒度的Cache，所以NoSQL在这个层面上来说就要性能高很多了。
灵活的数据模型
NoSQL无需事先为要存储的数据建立字段，随时可以存储自定义的数据格式。而在关系数据库里，增删字段是一件非常麻烦的事情。如果是非常大数据量的表，增加字段简直就是一个噩梦。这点在大数据量的web2.0时代尤其明显。
高可用NoSQL在不太影响性能的情况，就可以方便的实现高可用的架构。比如Cassandra，HBase模型，通过复制模型也能实现高可用。
总结NoSQL数据库的出现，弥补了关系数据（比如MySQL）在某些方面的不足，在某些方面能极大的节省开发成本和维护成本。
MySQL和NoSQL都有各自的特点和使用的应用场景，两者的紧密结合将会给web2.0的数据库发展带来新的思路。
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