MongoDB、Cassandra 和 HBase 三种 NoSQL 数据库比较

Hadoop 获得了许多大数据应用的信誉，但实际情况是，NoSQL数据库是一直处于更加广泛部署和更广泛的发展中的技术。 尽管选择 Hadoop 作为应用存储，相对来说更直接简单。 但是，具体采用什么样的 NoSQL 数据库是个值得思考的问题，毕竟，还有超过100种的 NoSQL 数据库。

我们应该选择哪一种？

选择倾向

“任何像样规模的企业都会使用各种不同类型的数据存储技术，为应对各种不同类型的数据。 ”Martin Fowler认为，现实的情况是你没有足够的精力去学习更多的存储技术。

幸运的是，选择越来越容易，因为市场主要围绕在三个NoSQL数据库上： MongoDB，Cassandra（主要由DataStax开发的，诞生于Facebook），和HBase的（和Hadoop紧密关联在一起，也被相同社区开发出来）。

补充一点，我故意排除 Redis。 相对于大数据存储，它主要用于高速内存缓存数据应用。

上图来自于 DB-Engines 各种数据库的排名（https://db-engines.com/en/ranking_trend），可以看到前面几年基本上都是关系数据库 Oracle、 MySQL 、SQL Server 以及 PostgreSQL 的天下。 MongoDB 排名第五名， Cassandra 排名十名，而 HBase 排名十七名。

为了更好解释为什么这三个数据库技术的如此耀眼，我问的每一个具有代表性的人，以确定它们成功关键因素： Kelly Stirman，MongoDB的产品总监;Patrick McFadin，DataStax的Cassandra首席布道师;和Justin Kestelyn，Cloudera高级总监。

但首先，我们需要了解为什么使用NoSQL的原因。

世界由非结构化数据构成

我们生活在一个数据越来越丰富的世界里，但是这些数据都不能整齐的展示在一个RDBMS（Relational Database Management System，关系数据库管理系）的行和列中。 移动、社交和云计算催生了庞大的海量的数据。 根据估计，世界上90％的数据是在过去两年中被创造，以及80％的商业数据是非结构化的。 更重要的是，非结构化数据的增长速度是结构化数据的两倍。

随着世界的变化，数据管理要求开始超越传统的关系型数据库的有效范围。 最早关注这个问题解决方案的机构，包括Web技术的先驱、政府机构、从事信息技术服务的公司。

现在越来越多，形形色色的公司都希望利用类似的NoSQL和Hadoop作为替代品： 通过NoSQL来建立业务运营应用，以及Hadoop来创建数据挖掘的应用程序，来帮助公司对商业数据提供有力的研究。

MongoDB：源于开发人员，为开发人员服务

在众多 NoSQL 的方案中，MongoDB 的 Stirman 指出，MongoDB 瞄准了适合各种应用的平衡方法。 它的功能接近于传统的关系型数据库，MongoDB 的用户不仅可以利用其横向扩展机器的云基础架构的优势，并且，因为它能够轻松定义各种灵活的数据模型，所以可以支持不同类型的数据集存储。

MongoDB 通常是开发人员第一个尝试的NoSQL数据库，因为它是很容易学习。 Will Shulman，MongoLab（一个 MongoDB 服务提供商）的CEO，是这样说的：

MongoDB 中的成功在很大程度上是因为它数据结构存储的创新，让我们更容易和更具表现力地定义我们应用程序中的数据模型。 在通常开发和应用场景中，和原有数据库具有相同的基本数据模型是有极大好处的，因为它简化了应用程序开发的任务，另一方面，消除了复杂的数据格式代码转换层。

当然，像任何其他技术一样，MongoDB中都有其长处和短处。 MongoDB是专门为OLTP（On-Line Transaction Processing，联机事务处理系统）模式。 如果您需要复杂的事务处理，它不是一个好的选择。 然而，MongoDB的简单性使其成为一个优秀的存储。

（注： MongoDB以文档的形式存储数据，不支持事务和表连接。 因此查询的编写、理解和优化都容易得多。 ）

Cassandra：规模化安全运行

三种数据库中，至少两种数据库具有简单特性： 开发简单，操作简便。 而MongoDB赢得人心的原因是简单的开发应用，Cassandra赢得人心是因为易于管理的规模。

DataStax 的 McFadin 告诉我，用户往往倾向于使用 Cassandra ，是因为特别在大规模集群下，增强一个关系型数据的性能、可靠性是非常困难的。 一位前甲骨文DBA，McFadin是兴高采烈地发现，“复制和可扩放性是基础”，Cassandra 特点是从一开始设计就解决这个问题。

在RDBMS中的世界，数据库功能，拓展和复制对很多开发者用户来说，是一个难题。 这个问题在过往的企业规模小的时候，不是一个大问题。 而在今天，它很迅速地成为大问题。

我从McFadin和其他人那里获知，Cassandra在机器拓展部署上，表现特别出色。 Cassandra自带的备份机制，保证各个数据中心的数据安全。 至于增加容量到集群，“你只需启动一台新机器，并告诉Cassandra那里的新节点，”McFadin说，“然后，它完成其他剩下的事情。 ”

优秀的可拓展性，加上出色的写入和可观的查询性能，加起来成为Cassandra高性能的核心。

NoSQL的一篇文章认为Cassandra在集群规模管理方面非常出色，但它需要一个博士学位才能上手。 事实并非如此，McFadin坚持认为：

在复制、读取和写入是故意简单。 你可以在几个小时内学会Cassandra的核心功能。 在部署这项新技术的时候，为给开发者带来很多的信心，因为比较少引入“黑盒子”内的技术细节和复杂的故障模式原理。

这意味着主要的开发成本，是对Cassandra数据模型的理解，以及如何结合您的应用程序。 鉴于Cassandra的CQL查询语言（类似于SQL，实际上不是SQL），McFadin说，学习这个也不困难。

更重要的是，他告诉我，“Cassandra回报给你的是，在一个数据库中： 没有戏剧性的场景（故障）出现。 这就是用户喜欢使用Cassandra的原因。 ”

HBase：Hadoop的知心伙伴

HBase，像Cassandra一样是个通过key-value面向列存储的服务。 因为它和Hadoop有着“共同血统”，被广泛使用。 事实上，正如Cloudera的Kestelyn所说的那样，“HBase提供了一个基于记录的存储层，能够快速随机读取和写入数据，正好弥补了Hadoop的缺陷，Hadoop侧重系统吞吐量，而牺牲I / O读取效率为代价。 ”

Kestelyn接着说：

更改有效录入到内存中，以达到最大的访问量，同时将数据保存到HDFS。 这种设计使基于Hadoop的EDH（enterprise data hub，企业数据中心）服务，能够实时完成随机读写存储数据，但仍拥有HDFS的高容错性和耐用性。

Hadoop的亲和力，不是HBase数据库中的人气排名不断上升的唯一原因。 类似Cassandra，HBase是Google的Bigtable的开源实现转化成的数据库，天然被设计为高可扩展性。

HBase可以利用任何数量服务器的磁盘、内存和CPU资源，同时拥有极佳的扩展功能，如自动分片。 当系统负载和性能要求不断增加，HBase的可通过简单增加服务器节点的方式无限拓展。 HBase从底层设计上保证，在确保数据一致性的同时，提供最佳性能。

但规模不是它的唯一用途。 Kestelyn指出，“由于它与Hadoop的生态系统紧密集成，对于用户和应用程序来说，数据是容易获取的，可以通过 SQL 的方式查询（使用Cloudera的Impala，Phoenix，或Hive），甚至自由文本搜索（使用Cloudera Search）。 “因此，HBase为开发人员提供了一种方法，利用现有通用的SQL语言，来建立在一个更成熟的分布式数据库。

每种数据库技术都有自己的长处和不足，但这里评论的三种数据库，在大数据技术领域，占据了重要的位置。 虽然未来可能还有一种全新的 NoSQL 数据库技术会挑战它们前三的位置，但目前的现实是，许多开发人员以及一批强大的成熟企业已经做出了它们的选择： MongoDB、Cassandra 和 HBase。