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摘 要 ：互联网技术的迅猛发展使得传统的关系数据库在应对海量数据访问处理时面临巨大的挑战,而作为非关系数据库代表的Key-Value数据库以其卓越的性能和可扩展性为解决此类问题提供了切实可行的解决方案.该文在对Key-Value数据库与关系数据库进行详细对比的基础上,提出了Key-Value数据库的基本概念,并指出了Key-Value数据库的适用领域,然后对业内的Key-Value数据库产品进行了简单的分类并介绍了各类的典型应用,最后总结了当前Key-Value数据库发展所遇到的主要问题.

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关 键 词 ：键值；云计算；可扩展性

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)05-1009-03

Research on Key-Value Database and its Application

SU Xiang-yu

(Shenzhen Institute of Technology, Shenzhen 518045, China)

Abstract：Due to the rapid development of Inter technology, the relational database faces with the huge challenge when solving large scale accessing of massive data. A new type of database which named Key-Value database, as the representative of non-relational database, provides feasible solution by outstanding performance and scalability. This paper, on the basis of the parison between the relational data base and Key-Value database, puts forward the concept of Key-Value database and describes the fields of application of it. Furthermore, normal Key-Value databases were classified, with which typical uses of each were introduced. The summarizations of the problems during the development of normal Key-Value databases were also discussed.

Key words：Key-Value, cloud puting, scalability

随着互联网技术的迅猛发展,网络访问数据量呈指数级增长,提高对海量数据的管理访问能力的需求变得越来越迫切.特别是在当今云计算的技术变革之下,海量数据和巨大的用户数量对存储资源和计算资源的可扩展性提出了更高的要求.传统的关系数据库并不能提供这些应用所需要的高可扩展性.一种新型的、存储非关系型数据的、具有高可扩展性的Key-Value数据库系统应运而生.

1 Key-value数据库的概念及由来

1.1 NoSQL,Key-Value的由来

21世纪初,随着Web2.0技术的兴起,互联网进入了一个全新的高速发展期,海量数据的产生使得关系数据库系统的存储和快速访问能力面临巨大挑战,越来越多的基于非结构化数据模型的应用日趋广泛,这些应用对传统关系数据库的一些特性并不关注,传统关系数据库的地位正受到多方的挑战.

在这种背景下,NoSQL (Not Only SQL)的概念在业内产生,即放弃了关系数据库中数据表严格的字段结构和表格之间的关系限制,以键值对存储数据,数据结构不固定,每一个元组可以有不一样的字段,每个元组可以根据需要增加一些自己的键值对,这样就不会局限于固定的结构,可以减少很多时间和空间的开销.对于数据模型的简化,使得NoSQL数据库更专注于性能和可扩展性方面的提升.

NoSQL数据库主要包括文档存储、列存储、Key-Value存储三种类型.Key-Value数据库作为NoSQL数据库中的重要类型,因其在应对海量数据存储和大规模并行访问方面的优势赢得了众多用户的青睐.

1.2 Key-Value数据库的概念

Key-Value数据库,也称键值数据库,目前业内还没有统一的定义,它有时也被称做共享排序数组或分布式哈希表等.Key-Value数据库是基于键值对数据存储模型的数据库管理系统（DBMS）,其数据存储元组没有统一的字段格式要求,数据的存储与访问均是以键值对作为标识进行的.

2 Key-value数据库与关系数据库的对比

Key-Value数据库系统的目的就是存储海量半结构化和非结构化数据,应对数据量和用户规模的不断扩展.对于传统的关系 数据库系统来说,这种目标是可望而不可及的.Key-Value数据库系统的目标并不是最终取代关系数据库系统,而是弥补关系数据库系统的不足,使得两者能够优势互补.

2.1与关系数据库系统的区别

虽然都是管理数据,但Key-Value存储系统和关系数据库系统是完全不同的.

1)关系数据库系统中,数据库包含表,表包含行和字段,行由各个字段的数据值组成,在一个表中的行都拥有相同的数据格式.在Key-Value存储系统中,并不包含策略和关系数据库那样的数据表,其一般包含域或桶,各个域或桶中包含若干条数据记录.

2)关系数据库拥有良好的数据模型定义,包含策略、表之间的关系、事务等机制.数据之间的关系是建立在数据本身基础上的,而不是基于上层应用的需要.在Key-Value存储系统中,数据记录只是简单地通过一个键值标识来识别和获取,数据之间没有关系的概念.

3)关系数据库很好的提高了数据的共享能力并减少了数据冗余,而Key-Value存储系统一般需要进行数据冗余以保证其可靠性.

4)关系数据库适用于存储传统的数据,如字符串、数字的存储和查询.Key-Value存储系统则适用于海量的非关系型数据的存储和查询.

总之,Key-Value数据库系统和关系数据库系统从本质上是不同的,其在需要可扩展性的系统中和需要进行海量非关系数据查询和操作的环境中占有明显的优势.

2.2 Key-Value数据库系统的主要特性

Key-Value数据库系统摒弃了关系数据库系统中的一些关键特性,如读写实时性、严格的事务一致性等,这使得其充分利用了并行计算和分布式应用的优点,并专注于非结构化数据处理、系统可扩展性、可靠性等.当前,Key-Value数据库系统的特性主要体现在以下几个方面：1)高可扩展性

Key-Value存储系统提供了非常高的可扩展性,用户通常只需根据自己的需求规模进行相应的配置即可,当需求增长时配额也能随之增加.由于没有了数据表严格的字段结构和表格之间的关系限制,Key-Value系统可以很容易的在多台服务器上部署分布式应用,从而提升整个系统的伸缩性,更加方便灵活.

2)适应云计算要求的海量存储和高吞吐能力

Key-Value存储系统是云计算的最佳搭档,云计算就是需要灵活的应对用户对可伸缩性的需求,这正是Key-Value系统的专长所在.如果试图把规模庞大的系统伸缩需求交给上百台服务器去处理,那么Key