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隨著數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求也在不斷增加。傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)在一定程度上已經(jīng)無(wú)法滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求，因此出現(xiàn)了各種新型的數(shù)據(jù)庫(kù)。其中，鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)成為了一種備受歡迎的數(shù)據(jù)庫(kù)類型。
鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)是一種 NoSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，它將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成鍵值對(duì)的形式。相對(duì)于傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)具有很多優(yōu)勢(shì)，比如高并發(fā)性、高可用性、易于擴(kuò)展等等。下面我們就來(lái)探究一下鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)方法。
一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
我們需要了解鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，它就是一個(gè)由鍵值對(duì)組成的哈希表。在哈希表中，每一個(gè)鍵值對(duì)（key-value pr）都有一個(gè)鍵和對(duì)應(yīng)的值。
舉個(gè)例子，如果我們要將一個(gè)學(xué)生的信息存儲(chǔ)到鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)中，那么鍵可以是學(xué)生的姓名，值就是學(xué)生的其他信息。我們可以將這個(gè)鍵值對(duì)存儲(chǔ)到哈希表中，如下圖所示：
上圖中，我們將學(xué)生“張三”的信息存儲(chǔ)到了鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)中，其中“name”是鍵，“age”、“sex”、“score”等是值。
二、邏輯架構(gòu)
鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯架構(gòu)包含兩個(gè)部分：客戶端和服務(wù)器。
客戶端主要負(fù)責(zé)與用戶交互，它接收用戶請(qǐng)求，并將請(qǐng)求發(fā)送給服務(wù)器?？蛻舳诉€負(fù)責(zé)解析服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。
服務(wù)器則負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求。服務(wù)器包括以下幾個(gè)組件：
1. 存儲(chǔ)引擎：存儲(chǔ)引擎負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)寫入磁盤，以便服務(wù)器重啟后可以從磁盤中讀取數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)引擎還負(fù)責(zé)將哈希表分片，以便服務(wù)器可以分布式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
2. 協(xié)調(diào)器：協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)客戶端和服務(wù)器之間的通信。它負(fù)責(zé)識(shí)別客戶端發(fā)來(lái)的請(qǐng)求，并將請(qǐng)求傳遞給存儲(chǔ)引擎。協(xié)調(diào)器還負(fù)責(zé)將服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)打包成響應(yīng)，并將響應(yīng)發(fā)送給客戶端。
3. 集群管理器：集群管理器負(fù)責(zé)維護(hù)服務(wù)器集群的狀態(tài)。它負(fù)責(zé)檢測(cè)服務(wù)器是否宕機(jī)，以及將數(shù)據(jù)遷移到其他服務(wù)器上，確保數(shù)據(jù)的高可用性。
三、物理架構(gòu)
鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)的物理架構(gòu)也很簡(jiǎn)單，它由多個(gè)服務(wù)器組成的集群構(gòu)成。集群中的每個(gè)服務(wù)器都存儲(chǔ)部分?jǐn)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過(guò)哈希分片算法分配到不同的服務(wù)器上。
當(dāng)客戶端發(fā)來(lái)一條寫請(qǐng)求時(shí)，協(xié)調(diào)器會(huì)將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的服務(wù)器。該服務(wù)器將數(shù)據(jù)寫入到本地的磁盤中，并將數(shù)據(jù)的復(fù)制品傳輸?shù)狡渌?wù)器上，以確保數(shù)據(jù)的高可用性。
當(dāng)客戶端發(fā)來(lái)一條讀請(qǐng)求時(shí)，協(xié)調(diào)器會(huì)在哈希表中查找對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并從對(duì)應(yīng)的服務(wù)器上讀取數(shù)據(jù)返回給客戶端。
四、常用鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)
常用的鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)有 Redis、Memcached、Riak、LevelDB 等。這些鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)都采用了不同的實(shí)現(xiàn)方法，但它們的基本原理都是相同的。
1. Redis
Redis 是一種高性能的鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)，它主要用于緩存、消息隊(duì)列、計(jì)數(shù)器等場(chǎng)景。Redis 采用單線程模型，通過(guò)使用多路復(fù)用技術(shù)來(lái)處理并發(fā)請(qǐng)求，從而實(shí)現(xiàn)高并發(fā)性能。
2. Memcached
Memcached 是一種開源的鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)，它主要用于緩存。Memcached 可以將緩存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，從而實(shí)現(xiàn)讀寫效率的更大化。
3. Riak
Riak 是一種高可用性的鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)，它可以自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制，從而實(shí)現(xiàn)高可用性和數(shù)據(jù)的容錯(cuò)性。Riak 的存儲(chǔ)引擎采用了基于數(shù)值的哈希算法，可以將數(shù)據(jù)均勻地分布到不同的服務(wù)器上。
4. LevelDB
LevelDB 是 Google 開發(fā)的一種鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)，它主要用于本地存儲(chǔ)應(yīng)用。LevelDB 使用了 L 樹存儲(chǔ)引擎，可以將數(shù)據(jù)緩存到內(nèi)存中，從而實(shí)現(xiàn)高讀寫效率。
綜上所述，鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)方法非常簡(jiǎn)單，它采用了哈希表作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)多個(gè)服務(wù)器構(gòu)成的集群來(lái)實(shí)現(xiàn)高可用性。鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)的高并發(fā)性能、高可用性和易于擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，使其成為一種備受歡迎的數(shù)據(jù)庫(kù)類型。
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大學(xué)生如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)？
感覺(jué)做過(guò)ACM的話，應(yīng)該完全沒(méi)問(wèn)題。最開始只要做一個(gè)超大的哈希猛敏表就可以了。只要能實(shí)現(xiàn)字符串做鍵，字符串保存值就好。然后對(duì)外的查詢接口就只要GET, PUT和DELETE（畢竟加上Socket再改改輸出形式就可以用HTTP來(lái)訪問(wèn)了。然后你再考慮怎么讓你的哈希表支持多種類型的值，想想怎么去保存你數(shù)據(jù)的類型信息（元數(shù)據(jù)）嘛。既然有了元數(shù)據(jù)來(lái)保存類型信息，就能夠添加類型和對(duì)查詢內(nèi)容進(jìn)行檢查了，同時(shí)這個(gè)時(shí)候也有必要擴(kuò)充一下查詢語(yǔ)句，比如租知畝加一些CREATE SCHEMA之類的。PUT的時(shí)候也可以考慮把對(duì)應(yīng)的添加的內(nèi)容與類型做個(gè)映射（想想SQL的Insert。這個(gè)時(shí)候可以考慮優(yōu)化存儲(chǔ)了，相同類型的數(shù)據(jù)可以放在一起組織，可以做成連續(xù)存放的，提高查詢效率。于是我們可以直接根據(jù)類型獲得所對(duì)應(yīng)的全部改類型的數(shù)據(jù)，然后我們就能擴(kuò)展查詢，GET取到對(duì)應(yīng)類型的全部數(shù)據(jù)。然后你就可以考慮擴(kuò)充更多的查詢語(yǔ)句了，比如過(guò)濾數(shù)據(jù)（對(duì)應(yīng)SQL的WHERE），結(jié)果分組（GROUP BY）、聚合查詢（COUNT、SUM）、關(guān)聯(lián)查詢（JOIN）以及各種限制（DISTINCT、TOP、LIMIT等）。然后你是不是發(fā)現(xiàn)越寫越煩，東西太做不好做下去了？這個(gè)時(shí)候把你處理查詢的部分寫成一個(gè)專門的Parser吧，更好照著Tutorial D優(yōu)化一下你的查詢語(yǔ)言，再跟SQL比比到底誰(shuí)丑。然后去思考一弊森下為什么關(guān)系模型發(fā)展到現(xiàn)在的這個(gè)樣子，以及為什么現(xiàn)在大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)都沒(méi)有嚴(yán)格的遵守它。順便把你的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)用B+樹做個(gè)優(yōu)化。然后把Database System Concept上的高級(jí)話題一個(gè)個(gè)吃透。
首先你要理解SQL并寫一個(gè)SQL的編譯器。本來(lái)tokenizer和parser兩部分就可以夠程序員撕逼了，你還需要寫一個(gè)你不知道文法（別看了，那書里絕對(duì)沒(méi)有文法）的編譯器。這塊如果你沒(méi)學(xué)過(guò)編譯原理，我很好奇你需要怎么實(shí)現(xiàn)，甚至怎么尋找或設(shè)計(jì)文法到實(shí)現(xiàn)編譯器的前端。
第二，你需要了解關(guān)系模型，并實(shí)現(xiàn)關(guān)系模型的存儲(chǔ)。你需要對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中最核心的是B+樹索引和Hash索引，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)他們?cè)诖疟P上的版本。由于磁盤的存儲(chǔ)方式和內(nèi)存不一樣，你需要針對(duì)磁盤的存尺斗儲(chǔ)進(jìn)行特殊的處理。
第三，你需要實(shí)現(xiàn)查詢引擎。查詢引擎的原理是將SQL轉(zhuǎn)換成一系列關(guān)系代數(shù)操作符組成的操作樹。之前你已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)查詢引擎，也就是SQL編譯器的前端。現(xiàn)在你需要理解關(guān)系代數(shù)，并實(shí)現(xiàn)關(guān)系代數(shù)操作符。并實(shí)現(xiàn)一個(gè)類似于解釋器，或者叫調(diào)度器的工具，將關(guān)系操作樹給依次執(zhí)行。其中關(guān)系代數(shù)操作符里最麻煩的就是join操作，因?yàn)閖oin操作有好幾種join算法。如果需要的話，你還需要實(shí)現(xiàn)查詢優(yōu)化引擎。查詢優(yōu)化引擎姑且算是一個(gè)抽象的黑盒子，里面需要用到一些啟發(fā)式的高級(jí)算法，需要你對(duì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃和樹遍歷等等算法有了解。同時(shí)在cost estimation的部分需要從歷史數(shù)據(jù)中估算cost，往大了說(shuō)還是統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)呢察培。
第四，你需要實(shí)現(xiàn)事務(wù)和恢復(fù)（回滾）機(jī)制，這是數(shù)據(jù)庫(kù)最重要的功能之一。事務(wù)的話需要各種鎖的機(jī)制實(shí)現(xiàn)，而回滾需要有完善的日志系統(tǒng)。這兩部分需要大量的工作量和對(duì)操作系統(tǒng)有深入的了解。
第五，你更好還要實(shí)現(xiàn)一個(gè)api。這就是把socket通信封個(gè)包的苦力了。
我很好奇150天中你要各分配給上面的東西多少天。舉個(gè)例子，阿里一堆“大神”做oceanbase，當(dāng)然transaction和存儲(chǔ)復(fù)雜多了，用了四年。今年圖靈獎(jiǎng)得主michael stonebraker的學(xué)生做的voltdb的原型，接近十個(gè)人做一年。
我本科并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)就畢業(yè)了。當(dāng)時(shí)也是看著大神們說(shuō)什么擼一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)感到各種膜拜?，F(xiàn)在我回過(guò)頭來(lái)反思，一個(gè)人擼一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)到底是不是一件很有意義的事情，而且也陵沒(méi)磨完不成。幾個(gè)人一起分工各做一部分姑且能勉強(qiáng)完成任務(wù)。誠(chéng)然，如上文所講，還不完全（我沒(méi)擼過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)，所以上面講的并不能如數(shù)家珍），數(shù)據(jù)庫(kù)作為一個(gè)計(jì)算機(jī)軟件是包含了計(jì)算機(jī)科學(xué)里許多模塊的一個(gè)十分綜合的軟件系統(tǒng)。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的學(xué)習(xí)可以延展到對(duì)算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，編譯器，計(jì)算理論，操作系統(tǒng)等等方方面面的學(xué)習(xí)，是非常好的一件事。同時(shí)做一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)一定需要對(duì)這些多方面的知識(shí)有著十分詳細(xì)的了解才能做到游刃有余。這些絕對(duì)不是，也沒(méi)必要是，一個(gè)大學(xué)低年級(jí)同學(xué)應(yīng)該做到的。甚至不是大部分工程師應(yīng)該做到的。因?yàn)楣こ處煹臉I(yè)務(wù)絕大部分人涉及不到這么多方面，尤其是編譯器部分。
無(wú)事務(wù), 單線程, 僅存在于內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫(kù).該狀態(tài)下的數(shù)據(jù)庫(kù), 其實(shí)就是一個(gè)”索引結(jié)構(gòu)”+”語(yǔ)法分析器”.語(yǔ)法分析器分析SQL語(yǔ)句, 然后根據(jù)邏輯, 去執(zhí)行相應(yīng)的操作.索引結(jié)構(gòu)則是用來(lái)快速查詢.由于該版本僅存在于內(nèi)存, 所以只要你會(huì)一些常見(jiàn)的索引算法, 即可完成, 可以稱之伏改為運(yùn)廳敬”簡(jiǎn)易內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)”.如你會(huì)B+樹算法, 就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)B+樹, Bt. 它實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)接口, Bt.Insert(key, value) -> void, Bt.Search(key) -> value.再實(shí)現(xiàn)一個(gè)”語(yǔ)法分析器”.如來(lái)了一條語(yǔ)句”Insert into student value (tony, 22, 123)”. ”語(yǔ)法分析器”分析該語(yǔ)句, 將value包裹一下, 選取一個(gè)該value的鍵值key.然后調(diào)用 Bt.Insert(key, value). 之后執(zhí)旁慎行”Read from student …” 其實(shí)也就是分析一下, 然后執(zhí)行Bt.Search(key).
SQL數(shù)據(jù)庫(kù)如何按照某一項(xiàng)鍵值合并
select row_number() over(order by id) as id,* from (select event,sum(count) from t_test) as t_temp
select ,sum() from group by 鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的介紹就聊到這里吧，感謝你花時(shí)間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn),探究鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)方法,大學(xué)生如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)？,SQL數(shù)據(jù)庫(kù)如何按照某一項(xiàng)鍵值合并的信息別忘了在本站進(jìn)行查找喔。
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