选择适合自己数据的存储系统是数据工程中的一项基本工作。正如我们之前谈到的,数据有多种形式和大小,您计划如何使用它会显著影响其存储位置和方式。没有哪种存储方案是唯一的“最佳”选择;相反,目标是选择最符合您的应用或分析具体需求的方案。尽早做出正确的选择,可以节省大量后续工作和成本,影响范围从查询速度到开发复杂性。让我们分解一下评估数据存储选项时应考虑的主要因素。数据存储选择因素可以将这些因素看作是指导您决策过程的核对清单。这些因素之间常有取舍,因此了解您的优先事项很重要。数据结构: 您的数据看起来是怎样的?结构化数据: 高度组织化,能够整齐地放入具有预定义列和数据类型的表格中(如电子表格或典型数据库表)。例子包括用户信息(ID、姓名、电子邮件、注册日期)或销售记录(订单ID、产品ID、数量、价格)。关系型数据库是此类的传统选择。数据仓库也能处理结构化数据,并针对分析进行了优化。半结构化数据: 具有一定组织结构但不能完全符合严格表格格式的数据。可以将其想象成JSON或XML文件,其字段可以嵌套或缺失。例子包括具有不同属性的产品目录或事件日志。NoSQL数据库(特别是文档数据库)和对象存储通常能很好地处理此类数据。非结构化数据: 没有预定义格式的数据。这包括文本文档、图像、音频文件、视频流和原始传感器读数。数据湖通常基于对象存储或分布式文件系统构建,旨在容纳海量的非结构化数据。数据量与可伸缩性: 您现在有多少数据,将来预计会有多少?数据量: 您处理的是千兆字节、万亿字节还是拍字节?有些系统比其他系统能更自然地处理大规模数据。可伸缩性: 当数据量或使用量增加时,存储系统能多容易地扩展?垂直伸缩指增加单个服务器的计算能力(CPU、内存),这有其局限性。水平伸缩指增加更多服务器来分散负载,这在NoSQL数据库、对象存储和分布式文件系统中很常见,能提供更大的伸缩能力。查询模式与性能: 您将如何访问和使用数据?读写频率: 是读多写少(如产品目录),还是频繁读写(如用户会话跟踪)?有些系统针对读密集型工作负载进行了优化,另一些则针对写密集型工作负载。查询复杂性: 您是否需要执行涉及多表和聚合的复杂查询(在分析中常见)?关系型数据库和数据仓库使用SQL在这方面表现优异。或者访问是否更简单,通常通过特定键检索数据(如按用户ID获取用户资料)?键值存储对此非常高效。延迟要求: 您需要多快的响应速度?交互式应用程序通常要求低延迟(毫秒级),而批处理报告可能容忍更高的延迟(秒或分钟级)。内存数据库提供最低延迟,而从对象存储访问数据可能会较慢。一致性需求: 每次读取操作都必须返回最新写入的数据,这有多么重要?强一致性: 这确保了一旦写入成功,所有后续读取都会看到更新后的数据。这是传统关系型数据库的典型特点,对于金融交易之类的场景来说是不可或缺的 — 您总是希望看到正确的账户余额。最终一致性: 这确保了如果没有新的更新发生,所有读取最终都会返回最后更新的值。然而,可能会有短暂的延迟,导致不同用户看到略微不同的数据版本。这种模型常用于高可伸缩的分布式系统(如某些NoSQL数据库)中,因为在所有节点上强制即时一致性会显著影响性能和可用性。想想社交媒体点赞 — 计数可能需要一点时间才能在各处更新。成本: 存储和运营的预算是多少?存储成本: 不同系统的每千兆字节成本不同。云服务提供商提供多种层级(例如,更快、更昂贵的“热”存储与更慢、更便宜的“冷”存储用于归档)。计算成本: 查询数据需要多少处理能力?在大型数据集上执行复杂查询会产生可观的计算成本。运营开销: 考虑设置、维护、备份和管理所需的工作量。托管云服务通常会降低这部分开销,但可能比自托管成本更高。数据格式与集成: 存储系统能否轻松处理您所需的数据格式(如CSV、JSON、Parquet、Avro)?它与数据生态系统中的其他工具,例如数据处理框架(如Apache Spark)或商业智能工具,集成得如何?存储与常见场景匹配以下是这些因素如何映射到本章将讨论的存储类型的一个简化视图:关系型数据库(例如 PostgreSQL、MySQL): 适用于结构化数据、复杂SQL查询以及需要强一致性时(如事务处理系统)。在数据量非常大的情况下,伸缩可能会变得复杂或昂贵。NoSQL数据库(例如 MongoDB、Cassandra、Redis): 能很好地处理半结构化或非结构化数据。通常为高可伸缩性(水平伸缩)和高吞吐量(读/写)而设计。一致性模型各不相同(有些提供强一致性,许多提供最终一致性)。存在不同类型:文档型、键值型、宽列型、图型,每种都适合不同的访问模式。数据仓库(例如 Snowflake、BigQuery、Redshift): 经过优化,用于使用SQL分析大量结构化(并日益包含半结构化)数据。专为复杂分析查询(OLAP)而非频繁事务(OLTP)而设计。数据湖(通常使用S3/GCS/Azure Blob等对象存储或HDFS等文件系统): 非常适合以经济高效的方式存储海量的各种格式(结构化、半结构化、非结构化)的原始数据。数据通常在之后处理以用于特定用途。提供高持久性和可伸缩性。分布式文件系统(例如 HDFS): 旨在将非常大的文件存储在多台机器上,为Spark或MapReduce等批处理框架提供高吞吐量。常作为本地数据湖的底层。简易决策路径选择存储并非总是简单明了,有时需要结合多种系统。然而,一个简单的决策过程可能如下所示:digraph G { rankdir=LR; node [shape=box, style=rounded, fontname="sans-serif", fontsize=10, margin=0.2, color="#495057", fillcolor="#e9ecef", style=filled]; edge [fontname="sans-serif", fontsize=9, color="#495057"]; Start [label="开始:需要存储"]; Q_Structure [label="数据结构?", shape=diamond, fillcolor="#a5d8ff"]; Q_Use [label="主要用途?", shape=diamond, fillcolor="#a5d8ff"]; Q_Consistency [label="需要强一致性吗?", shape=diamond, fillcolor="#a5d8ff"]; Q_Scale [label="需要高伸缩性/灵活架构吗?", shape=diamond, fillcolor="#a5d8ff"]; Relational [label="关系型数据库 (SQL)", fillcolor="#b2f2bb"]; Warehouse [label="数据仓库", fillcolor="#b2f2bb"]; NoSQL [label="NoSQL数据库", fillcolor="#ffec99"]; Object_Lake [label="对象存储 / 数据湖", fillcolor="#ffc9c9"]; Start -> Q_Structure; Q_Structure -> Q_Use [label="结构化"]; Q_Structure -> Q_Scale [label="半结构化"]; Q_Structure -> Object_Lake [label="非结构化"]; Q_Use -> Q_Consistency [label="事务处理 (OLTP)"]; Q_Use -> Warehouse [label="分析 (OLAP)"]; Q_Consistency -> Relational [label="是"]; Q_Consistency -> NoSQL [label="否(或不那么重要)"]; // Or potentially Relational if scale is low Q_Scale -> NoSQL [label="是"]; Q_Scale -> Object_Lake [label="先存储原始/混合数据"]; // Can also lead to NoSQL or Relational later }一个基于数据结构和主要用途选择数据存储的简化指南。"请记住,这是一个简化观点。决策需要权衡所有讨论过的因素。您可能从一个系统开始,随着需求的演变而迁移或增加其他系统。重要的是了解您数据的特点以及打算如何使用它,然后将这些需求与现有存储选项的优势结合起来。以下章节将提供每个主要存储类别的更多详细信息。"