nosql,非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫 是大數(shù)據(jù)的一種解決方案,雖然大數(shù)據(jù)就是it巨頭為了賺錢忽悠人的東西
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執(zhí)行大數(shù)據(jù)[注]項目的企業(yè)面對的關(guān)鍵決策之一是使用哪個數(shù)據(jù)庫,SQL還是NoSQL?SQL有著驕人的業(yè)績,龐大的安裝基礎(chǔ);而NoSQL正在獲得可觀的收益,且有很多支持者。我們來看看兩位專家對這個問題的看法。
專家
·VoltDB公司首席技術(shù)官Ryan Betts表示,SQL已經(jīng)贏得了大型企業(yè)的廣泛部署,大數(shù)據(jù)是它可以支持的另一個領(lǐng)域。
·Couchbase公司首席執(zhí)行官Bob Wiederhold表示,NoSQL是可行的選擇,并且從很多方面來看,它是大數(shù)據(jù)的最佳選擇,特別是涉及到可擴(kuò)展性時。
SQL經(jīng)歷時間的考驗,并仍然在蓬勃發(fā)展
VoltDB公司首席技術(shù)官Ryan Betts
結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)是經(jīng)過時間考驗的勝利者,它已經(jīng)主宰了幾十年,目前大數(shù)據(jù)公司和組織(例如谷歌、Facebook、Cloudera和Apache)正在積極投資于SQL。
在成為主導(dǎo)技術(shù)(例如SQL)后,有時候我們很容易忘記其優(yōu)越性。SQL的獨(dú)特優(yōu)勢包括:
1. SQL能夠加強(qiáng)與數(shù)據(jù)的交互,并允許對單個數(shù)據(jù)庫設(shè)計提出問題。這是很關(guān)鍵的特征,因為無法交互的數(shù)據(jù)基本上是沒用的,并且,增強(qiáng)的交互性能夠帶來新的見解、新的問題和更有意義的未來交互。
2. SQL是標(biāo)準(zhǔn)化的,使用戶能夠跨系統(tǒng)運(yùn)用他們的知識,并對第三方附件和工具提供支持。
3. SQL能夠擴(kuò)展,并且是多功能和經(jīng)過時間驗證的,這能夠解決從快寫為主導(dǎo)的傳輸?shù)綊呙杳芗蜕钊敕治龅葐栴}。
4. SQL對數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和存儲采用正交形式,一些SQL系統(tǒng)支持JSON和其他結(jié)構(gòu)化對象格式,比NoSQL具有更好的性能和更多功能。
雖然NoSQL的出現(xiàn)帶來了一些影響,但SQL仍然主導(dǎo)著市場,并在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域贏得了很多投資和廣泛部署。
NoSQL的說法很含糊,對于本次討論,我借用Rick Cattell對NoSQL的定義,即提供簡單操作(例如密鑰/數(shù)值存儲)或簡單記錄和索引,并專注于這些簡單操作的橫向可擴(kuò)展性的系統(tǒng)。
很顯然,現(xiàn)在很多新的數(shù)據(jù)庫并不是都一樣,認(rèn)識每種數(shù)據(jù)庫背后的原理以及潛在問題是成功的關(guān)鍵。NoSQL的主要特點(diǎn)使其更適合于特定的問題。例如,圖形數(shù)據(jù)庫更適合于數(shù)據(jù)通過關(guān)系組織的情況,而專門的文本搜索系統(tǒng)更適合于需要實時搜索的情況。
在這里,讓我們看看SQL系統(tǒng)的主要優(yōu)勢和差異化功能:
* SQL可實現(xiàn)交互性。 SQL是一種聲明性查詢語言。用戶說出他們想要什么(例如,顯示過去五年三月份期間頂級客戶的地理位置),數(shù)據(jù)庫內(nèi)部就會構(gòu)件算法并提取請求的結(jié)果。相比之下,NoSQL編程創(chuàng)新MapReduce是一種程序性查詢技術(shù)。在用戶提出請求時,MapReduce要求用戶不僅說出自己想要什么,而且要求他們陳述如何產(chǎn)生答案。
這聽起來像一個無趣的技術(shù)差異,但這很關(guān)鍵,原因在于:首先,聲明性SQL查詢更容易通過圖形化工具以及點(diǎn)擊報告構(gòu)建器來構(gòu)建。這讓分析師、操作員、管理者和其他不具備軟件編程能力的員工進(jìn)行數(shù)據(jù)庫查詢;其次,數(shù)據(jù)庫引擎可以利用內(nèi)部信息來選擇最有效的算法。改變數(shù)據(jù)庫的物理布局或數(shù)據(jù)庫,最佳算法仍然能夠計算出來。而在程序性系統(tǒng)中,編程人員需要重新訪問和重新編程算法,這是非常昂貴且容易出錯的過程。
市場理解這個關(guān)鍵區(qū)別。在2010年,谷歌宣布部署SQL來補(bǔ)充MapReduce,主要受內(nèi)部用戶需求所驅(qū)動。最近,F(xiàn)acebook發(fā)布了Presto(一種SQL部署)來查詢其PB級HDFS集群。根據(jù)Facebook表示:“隨著我們的倉庫增長到PB級,以及我們的需求變化,我們清楚地意識到,我們需要一個提供低延時查詢的互動系統(tǒng)?!贝送?,Cloudera也正在構(gòu)建Impala—另一個基于HDFS的SQL部署。
* SQL是標(biāo)準(zhǔn)化的。 雖然供應(yīng)商有時候會添加自己的語言到SQL界面,但SQL的核心是標(biāo)準(zhǔn)化的,還有其他規(guī)格(例如ODBC和JDBC)提供廣泛可用的穩(wěn)定界面到SQL存儲。這帶來了一個管理和操作工具生態(tài)系統(tǒng),可以在SQL系統(tǒng)之上設(shè)計、監(jiān)控、檢查、探索和構(gòu)建應(yīng)用程序。
SQL用戶和程序員可用跨多個后端系統(tǒng)重復(fù)使用其API和UI知識,減少了應(yīng)用程序的開發(fā)時間。標(biāo)準(zhǔn)化還允許聲明性第三方提取、轉(zhuǎn)換、加載(ETL)工具,使企業(yè)可以在數(shù)據(jù)庫之間以及跨系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。
* SQL可擴(kuò)展。 認(rèn)為SQL必須犧牲以獲得可擴(kuò)展性的看法,完全是錯誤的。如前所述,F(xiàn)acebook創(chuàng)建了一個SQL界面來查詢PB級數(shù)據(jù)。SQL能夠非常有效地運(yùn)行極快的ACID傳輸。SQL對數(shù)據(jù)存儲和索引提供的抽象[注]化允許跨各種問題和數(shù)據(jù)集大小的一致使用,讓SQL可以跨集群復(fù)制數(shù)據(jù)存儲有效地運(yùn)行。使用SQL作為界面獨(dú)立于構(gòu)建云、規(guī)模或HA系統(tǒng),SQL中并沒有什么在阻止和限制容錯、高可用性和復(fù)制。事實上,所有現(xiàn)代SQL系統(tǒng)支持云友好型橫向可擴(kuò)展性、復(fù)制和容錯性。
* SQL支持JSON。 幾年前,很多SQL系統(tǒng)增加了XML文檔支持?,F(xiàn)在,隨著JSON成為一種流行的數(shù)據(jù)交換格式,SQL供應(yīng)商也紛紛加入了JSON型的支持?;诂F(xiàn)在靈活的編程過程和web基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行時間要求,我們很需要結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型的支持。Oracle 12c、PostgreSQL 9.2、VoltDB和其他支持JSON的數(shù)據(jù)庫,通常具有優(yōu)于“原生”JSON的性能。
SQL將繼續(xù)贏得市場份額,并會繼續(xù)看到新的投資和部署。NoSQL數(shù)據(jù)庫提供專有查詢語言或簡單的鍵值語義,而沒有更深層次的技術(shù)差異化。現(xiàn)代SQL系統(tǒng)提供可擴(kuò)展性的同時,還支持更豐富的查詢語義,并有龐大的用戶安裝基礎(chǔ),廣泛的生態(tài)系統(tǒng)整合和深度企業(yè)部署。
NoSQL更適合大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序
Couchbase公司首席執(zhí)行官Bob Wiederhold
NoSQL越來越多地被認(rèn)為是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的可行替代品,特別是對于大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序。此外,無模式數(shù)據(jù)模型通常更適合于現(xiàn)在捕捉和處理的數(shù)據(jù)種類和類型。
當(dāng)我們談?wù)揘oSQL領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)時,我們指的是從操作數(shù)據(jù)庫讀取和寫入。不要將操作數(shù)據(jù)庫與分析數(shù)據(jù)庫混淆,這通常會查看大量數(shù)據(jù),并從這些數(shù)據(jù)獲取可視性。
雖然操作數(shù)據(jù)庫的大數(shù)據(jù)看起來不具有可分析性,但操作數(shù)據(jù)庫通常會存儲超大量用戶的大型數(shù)據(jù)集,這些用戶經(jīng)常需要訪問數(shù)據(jù)來實時執(zhí)行交易。這種數(shù)據(jù)庫的操作規(guī)模也解釋了NoSQL的關(guān)鍵特性,也就是為什么NoSQL是大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序的關(guān)鍵的原因。
NoSQL是可擴(kuò)展性的關(guān)鍵
每次技術(shù)行業(yè)經(jīng)歷硬件發(fā)展的根本性轉(zhuǎn)變時,都會出現(xiàn)一個拐點(diǎn)。在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域,從縱向擴(kuò)展到橫向擴(kuò)展的轉(zhuǎn)變推動了NoSQL的發(fā)展。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(包括來自甲骨文和IBM的數(shù)據(jù)庫)是縱向擴(kuò)展。也就是說,它們是集中式、共享一切的技術(shù),只能通過增加更多昂貴的硬件來擴(kuò)展。
而NoSQL數(shù)據(jù)庫是分布式橫向擴(kuò)展技術(shù)。它們使用了分布式節(jié)點(diǎn)集(稱為集群)來提供高度彈性擴(kuò)展功能,讓用戶可以添加節(jié)點(diǎn)來動態(tài)處理負(fù)載。
分布式橫向擴(kuò)展的做法通常要比縱向做法更加便宜。商業(yè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的授權(quán)費(fèi)用也讓人望而卻步,因為他們的價格是按每臺服務(wù)器來計算。另一方面,NoSQL數(shù)據(jù)庫通常是開源技術(shù),按照運(yùn)行的服務(wù)器集群收費(fèi),而且價格相對便宜。
NoSQL是靈活性的關(guān)鍵
關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和NoSQL數(shù)據(jù)模型有很大的不同。關(guān)系型模式獲取數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)分配到很多相互關(guān)聯(lián)的表中,這些表通過外鍵相互應(yīng)用。
當(dāng)用戶需要對數(shù)據(jù)集運(yùn)行查詢時,所需信息需要從多個表中收集(通常涉及數(shù)百個企業(yè)應(yīng)用程序),并結(jié)合這些信息,再提供給應(yīng)用程序。同樣地,當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時,需要在多個表協(xié)調(diào)和執(zhí)行寫入。當(dāng)數(shù)據(jù)相對較少,并且,數(shù)據(jù)以較慢速度流入數(shù)據(jù)庫時,關(guān)系型數(shù)據(jù)庫通常能夠捕捉和存儲信息。然而,現(xiàn)在的應(yīng)用程序通常需要快速寫入(和讀取)海量數(shù)據(jù)。
NoSQL數(shù)據(jù)庫采用非常不同的模式。在其核心,NoSQL數(shù)據(jù)庫其實是“NoREL”,或者說非關(guān)系型,這意味著它們沒有依賴于表以及表之間的聯(lián)系,以存儲和組織信息。例如,以文檔為導(dǎo)向的NoSQL數(shù)據(jù)庫獲取你想要存儲的數(shù)據(jù),并采用JSON格式整合到文檔中。每個JSON文檔可以被你的應(yīng)用程序視為一個對象。JSON文檔可能會提取跨越25個表的數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)集成到一個文檔中。
聚合這些信息可能會導(dǎo)致信息重復(fù),但由于存儲已不再是一個成本問題,數(shù)據(jù)模型靈活性、發(fā)布所產(chǎn)生文檔的簡便性以及讀取和寫入性能提高,讓這成為不錯的選擇。
NoSQL是大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序的關(guān)鍵
通過第三方(包括社交媒體網(wǎng)站),數(shù)據(jù)正變得越來越容易捕捉和訪問。這些數(shù)據(jù)包括:個人用戶信息、地理位置數(shù)據(jù)、用戶生產(chǎn)的內(nèi)容、機(jī)器記錄數(shù)據(jù)和傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。企業(yè)還可以依賴于大數(shù)據(jù)來推動其關(guān)鍵任務(wù)型應(yīng)用程序。同時,企業(yè)正在轉(zhuǎn)向到NoSQL數(shù)據(jù)庫,因為這種數(shù)據(jù)庫非常適合現(xiàn)在新型的數(shù)據(jù)類型。
開發(fā)人員想要一個靈活的數(shù)據(jù)庫,可以很容易適應(yīng)新的數(shù)據(jù)類型,并且,不會受第三方數(shù)據(jù)供應(yīng)商的內(nèi)容結(jié)構(gòu)變化的影響。大多數(shù)新數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化,因此,開發(fā)人員也需要能夠有效存儲這些數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。然而,關(guān)系型數(shù)據(jù)庫采用的嚴(yán)格定義的基于模式的做法讓其不可能快速整合新數(shù)據(jù)類型,并且很不適合于非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。
總體來說,隨著web和移動應(yīng)用程序的增加、新的趨勢、網(wǎng)上消費(fèi)者行為的轉(zhuǎn)變以及新的數(shù)據(jù)類型的出現(xiàn),行業(yè)需要能夠提供可擴(kuò)展的靈活的數(shù)據(jù)庫技術(shù)來管理和訪問數(shù)據(jù)。NoSQL技術(shù)是有效滿足這些需求的唯一可行解決方案。
非常榮幸能受邀在InfoQ開辟這樣一個關(guān)于NoSQL的專欄,InfoQ是我非常尊重的一家技術(shù)媒體,同時我也希望借助InfoQ,在國內(nèi)推動NoSQL的發(fā)展,希望跟我一樣有興趣的朋友加入進(jìn)來。這次的NoSQL專欄系列將先整體介紹NoSQL,然后介紹如何把NoSQL運(yùn)用到自己的項目中合適的場景中,還會適當(dāng)?shù)胤治鲆恍┏晒Π咐?,希望有成功使用NoSQL經(jīng)驗的朋友給我提供一些線索和信息。 NoSQL概念隨著web2.0的快速發(fā)展,非關(guān)系型、分布式數(shù)據(jù)存儲得到了快速的發(fā)展,它們不保證關(guān)系數(shù)據(jù)的ACID特性。NoSQL概念在2009年被提了出來。NoSQL最常見的解釋是“non-relational”,“Not Only SQL”也被很多人接受。(“NoSQL”一詞最早于1998年被用于一個輕量級的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的名字。) NoSQL被我們用得最多的當(dāng)數(shù)key-value存儲,當(dāng)然還有其他的文檔型的、列存儲、圖型數(shù)據(jù)庫、xml數(shù)據(jù)庫等。在NoSQL概念提出之前,這些數(shù)據(jù)庫就被用于各種系統(tǒng)當(dāng)中,但是卻很少用于web互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。比如cdb、qdbm、bdb數(shù)據(jù)庫。 傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的瓶頸 傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫具有不錯的性能,高穩(wěn)定型,久經(jīng)歷史考驗,而且使用簡單,功能強(qiáng)大,同時也積累了大量的成功案例。在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,MySQL成為了絕對靠前的王者,毫不夸張的說,MySQL為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。 在90年代,一個網(wǎng)站的訪問量一般都不大,用單個數(shù)據(jù)庫完全可以輕松應(yīng)付。在那個時候,更多的都是靜態(tài)網(wǎng)頁,動態(tài)交互類型的網(wǎng)站不多。 到了最近10年,網(wǎng)站開始快速發(fā)展?;鸨恼搲?、博客、sns、微博逐漸引領(lǐng)web領(lǐng)域的潮流。在初期,論壇的流量其實也不大,如果你接觸網(wǎng)絡(luò)比較早,你可能還記得那個時候還有文本型存儲的論壇程序,可以想象一般的論壇的流量有多大。 Memcached+MySQL 后來,隨著訪問量的上升,幾乎大部分使用MySQL架構(gòu)的網(wǎng)站在數(shù)據(jù)庫上都開始出現(xiàn)了性能問題,web程序不再僅僅專注在功能上,同時也在追求性能。程序員們開始大量的使用緩存技術(shù)來緩解數(shù)據(jù)庫的壓力,優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和索引。開始比較流行的是通過文件緩存來緩解數(shù)據(jù)庫壓力,但是當(dāng)訪問量繼續(xù)增大的時候,多臺web機(jī)器通過文件緩存不能共享,大量的小文件緩存也帶了了比較高的IO壓力。在這個時候,Memcached就自然的成為一個非常時尚的技術(shù)產(chǎn)品。 Memcached作為一個獨(dú)立的分布式的緩存服務(wù)器,為多個web服務(wù)器提供了一個共享的高性能緩存服務(wù),在Memcached服務(wù)器上,又發(fā)展了根據(jù)hash算法來進(jìn)行多臺Memcached緩存服務(wù)的擴(kuò)展,然后又出現(xiàn)了一致性hash來解決增加或減少緩存服務(wù)器導(dǎo)致重新hash帶來的大量緩存失效的弊端。當(dāng)時,如果你去面試,你說你有Memcached經(jīng)驗,肯定會加分的。 Mysql主從讀寫分離 由于數(shù)據(jù)庫的寫入壓力增加,Memcached只能緩解數(shù)據(jù)庫的讀取壓力。讀寫集中在一個數(shù)據(jù)庫上讓數(shù)據(jù)庫不堪重負(fù),大部分網(wǎng)站開始使用主從復(fù)制技術(shù)來達(dá)到讀寫分離,以提高讀寫性能和讀庫的可擴(kuò)展性。Mysql的master-slave模式成為這個時候的網(wǎng)站標(biāo)配了。 分表分庫隨著web2.0的繼續(xù)高速發(fā)展,在Memcached的高速緩存,MySQL的主從復(fù)制,讀寫分離的基礎(chǔ)之上,這時MySQL主庫的寫壓力開始出現(xiàn)瓶頸,而數(shù)據(jù)量的持續(xù)猛增,由于MyISAM使用表鎖,在高并發(fā)下會出現(xiàn)嚴(yán)重的鎖問題,大量的高并發(fā)MySQL應(yīng)用開始使用InnoDB引擎代替MyISAM。同時,開始流行使用分表分庫來緩解寫壓力和數(shù)據(jù)增長的擴(kuò)展問題。這個時候,分表分庫成了一個熱門技術(shù),是面試的熱門問題也是業(yè)界討論的熱門技術(shù)問題。也就在這個時候,MySQL推出了還不太穩(wěn)定的表分區(qū),這也給技術(shù)實力一般的公司帶來了希望。雖然MySQL推出了MySQL Cluster集群,但是由于在互聯(lián)網(wǎng)幾乎沒有成功案例,性能也不能滿足互聯(lián)網(wǎng)的要求,只是在高可靠性上提供了非常大的保證。 MySQL的擴(kuò)展性瓶頸 在互聯(lián)網(wǎng),大部分的MySQL都應(yīng)該是IO密集型的,事實上,如果你的MySQL是個CPU密集型的話,那么很可能你的MySQL設(shè)計得有性能問題,需要優(yōu)化了。大數(shù)據(jù)量高并發(fā)環(huán)境下的MySQL應(yīng)用開發(fā)越來越復(fù)雜,也越來越具有技術(shù)挑戰(zhàn)性。分表分庫的規(guī)則把握都是需要經(jīng)驗的。雖然有像淘寶這樣技術(shù)實力強(qiáng)大的公司開發(fā)了透明的中間件層來屏蔽開發(fā)者的復(fù)雜性,但是避免不了整個架構(gòu)的復(fù)雜性。分庫分表的子庫到一定階段又面臨擴(kuò)展問題。還有就是需求的變更,可能又需要一種新的分庫方式。 MySQL數(shù)據(jù)庫也經(jīng)常存儲一些大文本字段,導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫表非常的大,在做數(shù)據(jù)庫恢復(fù)的時候就導(dǎo)致非常的慢,不容易快速恢復(fù)數(shù)據(jù)庫。比如1000萬4KB大小的文本就接近40GB的大小,如果能把這些數(shù)據(jù)從MySQL省去,MySQL將變得非常的小。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫很強(qiáng)大,但是它并不能很好的應(yīng)付所有的應(yīng)用場景。MySQL的擴(kuò)展性差(需要復(fù)雜的技術(shù)來實現(xiàn)),大數(shù)據(jù)下IO壓力大,表結(jié)構(gòu)更改困難,正是當(dāng)前使用MySQL的開發(fā)人員面臨的問題。 NOSQL的優(yōu)勢易擴(kuò)展NoSQL數(shù)據(jù)庫種類繁多,但是一個共同的特點(diǎn)都是去掉關(guān)系數(shù)據(jù)庫的關(guān)系型特性。數(shù)據(jù)之間無關(guān)系,這樣就非常容易擴(kuò)展。也無形之間,在架構(gòu)的層面上帶來了可擴(kuò)展的能力。 大數(shù)據(jù)量,高性能 NoSQL數(shù)據(jù)庫都具有非常高的讀寫性能,尤其在大數(shù)據(jù)量下,同樣表現(xiàn)優(yōu)秀。這得益于它的無關(guān)系性,數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)簡單。一般MySQL使用Query Cache,每次表的更新Cache就失效,是一種大粒度的Cache,在針對web2.0的交互頻繁的應(yīng)用,Cache性能不高。而NoSQL的Cache是記錄級的,是一種細(xì)粒度的Cache,所以NoSQL在這個層面上來說就要性能高很多了。 靈活的數(shù)據(jù)模型 NoSQL無需事先為要存儲的數(shù)據(jù)建立字段,隨時可以存儲自定義的數(shù)據(jù)格式。而在關(guān)系數(shù)據(jù)庫里,增刪字段是一件非常麻煩的事情。如果是非常大數(shù)據(jù)量的表,增加字段簡直就是一個噩夢。這點(diǎn)在大數(shù)據(jù)量的web2.0時代尤其明顯。 高可用NoSQL在不太影響性能的情況,就可以方便的實現(xiàn)高可用的架構(gòu)。比如Cassandra,HBase模型,通過復(fù)制模型也能實現(xiàn)高可用。 總結(jié)NoSQL數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn),彌補(bǔ)了關(guān)系數(shù)據(jù)(比如MySQL)在某些方面的不足,在某些方面能極大的節(jié)省開發(fā)成本和維護(hù)成本。 MySQL和NoSQL都有各自的特點(diǎn)和使用的應(yīng)用場景,兩者的緊密結(jié)合將會給web2.0的數(shù)據(jù)庫發(fā)展帶來新的思路。讓關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)注在關(guān)系上,NoSQL關(guān)注在存儲上。
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