memcache、redis、mongoDB 如何选择？

不同的 Nosql，其实应用的场景各有不同，所以我们应该先了解不同Nosql 之间的差别，然后分析什么才是最适合我使用的 Nosql。

Nosql 介绍

Nosql 的全称是 Not Only Sql，这个概念早起就有人提出，在 09 年的时候比较火。Nosql 指的是非关系型数据库，而我们常用的都是关系型数据库。就像我们常用的 mysql，sqlserver 一样，这些数据库一般用来存储重要信息，应对普通的业务是没有问题的。但是，随着互联网的高速发展，传统的关系型数据库在应付超大规模，超大流量以及高并发的时候力不从心。而就在这个时候，Nosql得到的告诉的发展。

Nosql 和关系型数据库的区别

1.存储方式

关系型数据库是表格式的，因此存储在表的行和列中。他们之间很容易关联协作存储，提取数据很方便。而 Nosql 数据库则与其相反，他是大块的组合在一起。通常存储在数据集中，就像文档、键值对或者图结构。

2.存储结构

关系型数据库对应的是结构化数据，数据表都预先定义了结构（列的定义），结构描述了数据的形式和内容。这一点对数据建模至关重要，虽然预定义结构带来了可靠性和稳定性，但是修改这些数据比较困难。而Nosql 数据库基于动态结构，使用与非结构化数据。因为 Nosql 数据库是动态结构，可以很容易适应数据类型和结构的变化。

3.存储规范

关系型数据库的数据存储为了更高的规范性，把数据分割为最小的关系表以避免重复，获得精简的空间利用。虽然管理起来很清晰，但是单个操作设计到多张表的时候，数据管理就显得有点麻烦。而 Nosql 数据存储在平面数据集中，数据经常可能会重复。单个数据库很少被分隔开，而是存储成了一个整体，这样整块数据更加便于读写

4.存储扩展

这可能是两者之间最大的区别，关系型数据库是纵向扩展，也就是说想要提高处理能力，要使用速度更快的计算机。因为数据存储在关系表中，操作的性能瓶颈可能涉及到多个表，需要通过提升计算机性能来克服。虽然有很大的扩展空间，但是最终会达到纵向扩展的上限。而 Nosql 数据库是横向扩展的，它的存储天然就是分布式的，可以通过给资源池添加更多的普通数据库服务器来分担负载。

5.查询方式

关系型数据库通过结构化查询语言来操作数据库（就是我们通常说的SQL）。SQL 支持数据库 CURD 操作的功能非常强大，是业界的标准用法。而 Nosql 查询以块为单元操作数据，使用的是非结构化查询语言（UnQl），它是没有标准的。关系型数据库表中主键的概念对应 Nosql 中存储文档的 ID。关系型数据库使用预定义优化方式（比如索引）来加快查询操作，而 Nosql 更简单更精确的数据访问模式。

6.事务

关系型数据库遵循 ACID 规则（原子性( Atomicity )、一致性( Consistency )、隔离性( Isolation )、持久性( Durability )），而 Nosql数据库遵循 BASE 原则（基本可用（Basically Availble）、软/柔性事务（Soft-state ）、最终一致性（Eventual Consistency））。由于关系型数据库的数据强一致性，所以对事务的支持很好。关系型数据库支持对事务原子性细粒度控制，并且易于回滚事务。而 Nosql 数据库是在 CAP（一致性、可用性、分区容忍度）中任选两项，因为基于节点的分布式系统中，很难全部满足，所以对事务的支持不是很好，虽然也可以使用事务，但是并不是 Nosql 的闪光点。

7.性能

关系型数据库为了维护数据的一致性付出了巨大的代价，读写性能比较差。在面对高并发读写性能非常差，面对海量数据的时候效率非常低。而Nosql 存储的格式都是 key-value 类型的，并且存储在内存中，非常容易存储，而且对于数据的 一致性是 弱要求。Nosql 无需 sql 的解析，提高了读写性能。

8.授权方式

关系型数据库通常有 SQL Server，Mysql，Oracle。主流的 Nosql 数据库有redis，memcache，MongoDb。大多数的关系型数据库都是付费的并且价格昂贵，成本较大，而 Nosql 数据库通常都是开源的。

Redis、Memcache、MongoDb 的特点与区别

Redis

优点

• 支持多种数据结构，如 string（字符串）、 list (双向链表)、dict ( hash表)、set (集合）、zset (排序 set)、hyperloglog（基数估算）。
• 支持持久化操作，可以进行 aof 及 rdb 数据持久化到磁盘，从而进行数据备份或数据恢复等操作，较好的防止数据丢失的手段。
• 支持通过 Replication 进行数据复制，通过 master-slave 机制，可以实时进行数据的同步复制，支持多级复制和增量复制，master-slave 机制是Redis 进行 HA 的重要手段。单线程请求，所有命令串行执行，并发情况下不需要考虑数据一致性问题。
• 支持 pub/sub 消息订阅机制，可以用来进行消息订阅与通知。
• 支持简单的事务需求，但业界使用场景很少，并不成熟。

缺点

• Redis 只能使用单线程，性能受限于 CPU 性能，故单实例 CPU 最高才可能达到 5-6wQPS 每秒（取决于数据结构，数据大小以及服务器硬件性能，日常环境中 QPS 高峰大约在1-2w左右）。
• 支持简单的事务需求，但业界使用场景很少，并不成熟，既是优点也是缺点。
• Redis 在 string 类型上会消耗较多内存，可以使用 dict（hash 表）压缩存储以降低内存耗用。

Memcache

优点

Memcached 可以利用多核优势，单实例吞吐量极高，可以达到几十万QPS（取决于 key、value 的字节大小以及服务器硬件性能，日常环境中QPS 高峰大约在4-6w左右）。适用于最大程度扛量。

支持直接配置为 session handle。

缺点

• 只支持简单的 key/value 数据结构，不像 Redis 可以支持丰富的数据类型。
• 无法进行持久化，数据不能备份，只能用于缓存使用，且重启后数据全部丢失。
• 无法进行数据同步，不能将 MC 中的数据迁移到其他 MC 实例中。
• Memcached 内存分配采用 Slab Allocation机制管理内存，value 大小分布差异较大时会造成内存利用率降低，并引发低利用率时依然出现踢出等问题。需要用户注重 value 设计。

MongoDB

优点

• 更高的写负载，MongoDB 拥有更高的插入速度。
• 处理很大的规模的单表，当数据表太大的时候可以很容易的分割表。
• 高可用性，设置M-S不仅方便而且很快，MongoDB 还可以快速、安全及自动化的实现节点（数据中心）故障转移。
• 快速的查询，MongoDB 支持二维空间索引，比如管道，因此可以快速及精确的从指定位置获取数据。MongoDB 在启动后会将数据库中的数据以文件映射的方式加载到内存中。如果内存资源相当丰富的话，这将极大地提高数据库的查询速度。
• 非结构化数据的爆发增长，增加列在有些情况下可能锁定整个数据库，或者增加负载从而导致性能下降，由于 MongoDB 的弱数据结构模式，添加1个新字段不会对旧表格有任何影响，整个过程会非常快速。

缺点

• 不支持事务。
• MongoDB 占用空间过大 。
• MongoDB 没有成熟的维护工具。

Redis、Memcache 和、MongoDB 的区别

1. 性能

三者的性能都比较高，总的来讲：Memcache 和 Redis 差不多，要高于MongoDB。

2. 便利性

• memcache 数据结构单一。
• redis 丰富一些，数据操作方面，redis 更好一些，较少的网络 IO 次数。
• mongodb 支持丰富的数据表达，索引，最类似关系型数据库，支持的查询语言非常丰富。

3. 存储空间

• redis 在 2.0 版本后增加了自己的VM特性，突破物理内存的限制；可以对key value 设置过期时间（类似 memcache）。
• memcache 可以修改最大可用内存,采用 LRU 算法。
• mongoDB 适合大数据量的存储，依赖操作系统 VM 做内存管理，吃内存也比较厉害，服务不要和别的服务在一起。

4. 可用性

redis，依赖客户端来实现分布式读写；主从复制时，每次从节点重新连接主节点都要依赖整个快照,无增量复制，因性能和效率问题，所以单点问题比较复杂；不支持自动 sharding,需要依赖程序设定一致 hash 机制。一种替代方案是，不用 redis 本身的复制机制，采用自己做主动复制（多份存储），或者改成增量复制的方式（需要自己实现），一致性问题和性能的权衡。

Memcache 本身没有数据冗余机制，也没必要；对于故障预防，采用依赖成熟的 hash 或者环状的算法，解决单点故障引起的抖动问题。

mongoDB 支持 master-slave,replicaset（内部采用 paxos 选举算法，自动故障恢复）,auto sharding 机制，对客户端屏蔽了故障转移和切分机制。

5. 可靠性

• redis 支持（快照、AOF）：依赖快照进行持久化，aof 增强了可靠性的同时，对性能有所影响。
• memcache 不支持，通常用在做缓存,提升性能。
• MongoDB 从1.8版本开始采用 binlog 方式支持持久化的可靠性。

6. 一致性

• Memcache 在并发场景下，用 cas 保证一致性。
• redis 事务支持比较弱，只能保证事务中的每个操作连续执行。
• mongoDB 不支持事务。

7. 数据分析

mongoDB 内置了数据分析的功能( mapreduce),其他两者不支持。

8. 应用场景

redis：数据量较小的更性能操作和运算上。

memcache：用于在动态系统中减少数据库负载，提升性能;做缓存，提高性能（适合读多写少，对于数据量比较大，可以采用 sharding）。

MongoDB:主要解决海量数据的访问效率问题。