SQL 與 NoSQL 資料庫:主要差異與實作見解

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urrifat77
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SQL 與 NoSQL 資料庫:主要差異與實作見解

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資料庫選擇在資料科學和應用程式開發中至關重要,因為它直接影響效能、可擴展性以及處理應用程式所用資料的能力。 NoSQL 與 SQL 資料庫之間的選擇會影響資料檢索、儲存和處理的效率,這對於資料驅動應用程式在滿足特定需求方面的成功和回應能力至關重要。

SQL和NoSQL是兩種不同的資料庫技術,SQL資料庫強調結構化、關係模型,而NoSQL資料庫採用靈活、無模式的方法來處理多樣化和動態的數據,更注重可擴展性和速度。

本文將討論這兩個資料庫系統之間的差異。但是,我們不會涵蓋其中任何一個的基礎知識。請查看我們的SQL 基礎知識學習路徑,以了解如何從 SQL 資料庫存取資料。

什麼是 SQL?
SQL 資料庫的起源
1970 年,Edgar Codd 博士在其具有里程碑意義的論文“大型共享資料庫的資料關係模型”中概述了資料庫的關聯模型,這是以列和行結構有效組織和儲存表中資料的模型。到 1974 年,IBM 開發了 System R,這是第一個實現用於儲存資料的關係模型的項目,並且他們開發了 SQL 作為與這些關係資料庫互動的語言。

多年來,SQL 的新標準不斷湧現,Oracle、IBM 和 Microsoft 均開發了關聯式資料庫管理系統 (RDBMS),以便高效、安全、方便地使用 SQL 與 SQL 資料庫進行互動。

接下來,像 MySQL 這樣的開源語言開始讓 SQL 和關聯式資料庫更容易被一般大眾使用。 SQL 現在可以在實體系統和雲端系統(例如 AWS、Azure 和 Google Cloud)上廣泛存取。

SQL資料庫的特點
在 SQL 資料庫中,關係模型充當概念基礎,將資料組織成結構化且互連的表。 SQL 資料庫由模式和表格組成:

架構:定義資料庫的結構,包括表格、欄位、資料類型、可用​​值和關係。
表:資料庫的基本單元,表示實體(例如,有關客戶、產品或交易的資訊),行包含每個實體(例如,特定客戶)的單獨記錄,列儲存有關實體的特定屬性(例如,客戶的姓名或電子郵件)。
關係模型透過兩種類型的鍵來強制一致性:(1) 唯一標識每個記錄的主鍵和 (2) 建立表之間關係的外鍵。您可以在我們的SQL 簡介課程中了解更多有關關聯式資料庫的資訊。

SQL(即結構化查詢語言)可作為管理這些資料庫的接口,支援透過標準化命令建立、檢索、更新和刪除資料。這些命令和 SQL 功能的清單可以在我們的SQL 基礎備忘單中查看。該模型及其組件提供了一個強大而靈活的框架,用於以確保整個資料庫的完整性和一致性的方式組織和查詢資料。

查看我們的 SQL 基礎備忘單

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SQL的優點
SQL 提供了一組標準指令,用於定義、查詢、更新和管理關聯式資料庫管理系統 (RDBMS) 中的資料。關鍵的 SQL 操作包括 SELECT(查詢資料)、INSERT(新增記錄)、UPDATE(修改現有記錄)和 DELETE(刪除記錄)。

使用這些命令時,SQL 確保維護 ACID(原子性、一致性、隔離性和持久性)屬性。這保證了資料庫變更的可靠性和一致性。

原子性:此屬性可確保對資料庫的每個嘗試變更集都被視為單一不可分割的工作單元。要么將整個單元提交到資料庫,要么如果事務的任何部分失敗,則不提交任何單元。
一致性:確保交易結束時資料庫處於有效狀態。資料庫必須在事務之前和之後滿足一組完整性限制。
隔離:確保並發事務不會導致資料庫中的不一致。每個事務似乎都是獨立執行的,不知道其他事務正在運作。隔離可以防止交易之間的干擾並保持其完整性。
持久性:持久性保證交易一旦提交,即使系統發生故障,其效果也將持續存在。事務所所做的更改將永久儲存在資料庫中,並且即使系統崩潰或斷電,它們也不會丟失。
SQL 資料庫的這些基本屬性可確保資料庫系統可靠且一致,即使在發生意外事件或系統故障的情況下也是如此。

常見的 SQL 資料庫系統
常用的關係型資料庫管理系統有以下三種:

MySQL:MySQL是一個開源 RDBMS,現在由 Oracle 擁有,以速度、可靠性和易用性而聞名。 MySQL 通常用於中小型 Web 應用程式的 LAMP 堆疊(Linux、Apache、MySQL、PHP/Python/Perl)環境。
PostgreSQL:一個具有進階功能的開源物件關聯式資料庫系統(例如,支援自訂函數和流程以及複雜查詢、索引和事務)。PostgreSQL最適合大型應用程式、資料倉儲和地理空間資料。
Microsoft SQL Server:Microsoft 專有的 RDBMS,它是 Express、Standard 和 Enterprise 等版本套件的一部分。Microsoft SQL Server與微軟生態系統整合良好,適用於從小型企業到大型企業的多種應用。
查看我們的Python 中的 MySQL 教程,以及我們的PostgreSQL 初學者指南,以了解有關此 RDBMS 入門的更多資訊。

什麼是NoSQL
您可以閱讀我們關於什麼是 NoSQL 的完整指南,以深入了解 Not Only SQL 資料庫。下面,我們總結了我們的發現。

NoSQL 資料庫的興起
NoSQL(Not Only SQL)資料庫的創建是為了應對大數據的擴展和資料庫系統對可擴展性日益增長的需求所帶來的挑戰。傳統關係型資料庫難以有效管理大量現代大數據中常見的非結構化和半結構化資料。 NoSQL 資料庫代表了關聯式資料庫的更靈活和可擴展的替代方案。

它們有效地處理不同的資料類型,適應快速的資料成長,並在多個伺服器之間有效地分發資料。

MongoDB、Cassandra 和 Couchbase 等 NoSQL 解決方案不使用關聯式模型支援的嚴格結構。這些系統有利於模式靈活性和水平擴展,使組織能夠適應大數據的動態特性,同時保持效能和可靠性。 NoSQL、大數據和可擴展性之間的相關性強調了資料庫管理的關鍵演變,使企業能夠應對近期資料指數級成長帶來的挑戰。

NoSQL 資料庫的特點
與 SQL 資料庫相反,NoSQL 資料庫使用動態模式並支援各種資料模型來滿足不同的應用程式需求。

非關聯式資料庫的一項定義特徵是使用動態模式。與關聯式資料庫的預先定義、固定模式不同,非關聯式資料庫具有彈性。同一資料庫中的不同記錄可能具有不同的欄位。例如,在客戶資料庫中,一個客戶可能具有姓名和年齡字段,而另一個客戶可能具有姓名和電子郵件字段。

NoSQL 資料庫有多種類型:

文件儲存:利用靈活的、類似 JSON 的結構將資料儲存為文件。它們對於處理複雜的分層資料並支援動態模式非常有用。它們最常用於內容管理系統、電子商務平台和即時應用程式。該系統的一個流行範例是MongoDB。
鍵值資料庫:這是最簡單的 NoSQL 資料庫形式,其中每個資料單元都儲存為鍵值對。這些系統在需要快速存取大量資料並具有快速回應時間的場景中高效且有用。Redis和Amazon DynamoDB是鍵值 NoSQL 資料庫的兩個流行範例。
圖形資料庫:這些資料庫表示資料實體之間的關係。因此,它們在關係很重要的場景中最有用,例如在社交網路或推薦系統中。圖形資料庫的兩個流行範例是Neo4j和Amazon Neptune。
列族資料庫:列族資料庫以列而不是行的形式表示資料。它們最適合大規模分散式系統和經常讀寫的系統,例如時間序列應用程式和物聯網應用程式。常用的列族資料庫包括Apache Cassandra和HBase。
您可以在我們的Python MongoDB 簡介課程中了解有關 MongoDB 的更多資訊。

決定使用哪一種取決於您使用 NoSQL 資料庫的應用程式。

NoSQL 的優點
NoSQL 資料庫具有多種優勢,在處理非 危地馬拉電話號碼列表 結構化資料時在可擴展性、靈活性和效能方面具有顯著的優勢。

NoSQL 資料庫以水平可擴展性和彈性的形式提供可擴展性。它們旨在水平擴展,允許組織透過向分散式系統添加更多伺服器來處理越來越多的資料。這使得它們非常適合工作負載不斷增長或不可預測的應用程式。

許多NoSQL資料庫還提供自動分片和負載平衡,將資料分佈在多個節點上,以確保高效的資源利用和提高的效能。此功能使系統能夠根據需求動態擴展或縮小,稱為彈性。

它們還提供模式靈活性。 NoSQL 資料庫使用動態模式,允許資料表示的靈活性。這意味著記錄中的欄位可能因不同文件而異,以適應現代應用程式中常見的多樣化且不斷發展的資料結構。

它們在 JSON 和 XML 等非結構化和半結構化資料類型上也表現良好。如今的數據通常是不可預測的,尤其是用戶生成的數據,而 NoSQL 可以很好地儲存這些數據。

我們文章中的 NoSQL 優勢

我們文章中的 NoSQL 優勢

常見的NoSQL資料庫系統
一些最常用的 NoSQL 資料庫系統是:

MongoDB:流行的以文件為導向的NoSQL資料庫,將資料儲存在靈活的、類似JSON的BSON文件中,為不同的資料類型提供可擴充性和高效能。
Cassandra:一種分散且高度可擴展的NoSQL資料庫,旨在透過分散的架構處理跨多個伺服器的大量數據,使其適合高速和大容量的應用程式。
Redis:一種記憶體資料結構存儲,以其速度和多功能性而聞名,用作快取機制、訊息代理和鍵值存儲,支援各種資料結構,如字串、哈希和集合。
SQL 和 NoSQL 之間的主要區別
讓我們比較 SQL 和 NoSQL,以便更好地了解兩者的重疊和對比:

資料結構
SQL 資料庫以結構化資料模型為特徵,強制執行預先定義架構,其中資料必須適合具有特定列和資料類型的表。這種剛性的結構確保了一致性,並且非常適合具有穩定和可預測資料需求的應用程式。

相較之下,NoSQL 資料庫採用靈活的資料模型,允許動態和無模式的資料儲存。這種靈活性使開發人員能夠在沒有預先定義模式的情況下插入資料。 NoSQL 資料庫在資料結構可能未定義或頻繁變更的場景中最有用。

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可擴展性
SQL 和 NoSQL 伺服器因其設計而強調不同的擴充優勢。 SQL 系統通常依賴垂直擴展,這涉及改進並向同一伺服器添加資源以處理增加的負載。水平擴展通常出現在 NoSQL 系統中,它是透過向分散式系統添加更多伺服器或節點來實現的,這有助於增加容量。

在NoSQL系統中,節點之間會相互通訊並分配負載,因此增加更多節點有助於提高系統的整體容量。這是一個更具可擴展性和成本效益的解決方案,用於管理不斷增長的資料庫和增加的資料庫流量。

架構靈活性
SQL 資料庫使用預先定義的模式,強制執行嚴格的資料組織結構,並要求表格遵循預先定義的行和列結構。相較之下,NoSQL 資料庫採用動態模式,提供資料表示的彈性。這些資料庫允許插入沒有預先定義結構的數據,使開發人員能夠動態調整模式。

這種靈活性對於處理多樣化、不斷變化和不可預測的資料類型特別有利。因此,NoSQL 資料庫適用於資料結構可能無法事先完全了解或經常變更的場景,而 SQL 資料庫則適用於資料結構良好且可預測的情況。

交易誠信
SQL 和 NoSQL 資料庫管理系統採用不同的方法來確保可靠性。 SQL 依賴 ACID 屬性(原子性、一
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