行存储 VS 列存储

Posted 2020-11-10 virus丶舒

概述

目前大数据存储有两种方案可供选择：行存储（Row-Based）和列存储（Column-Based）。业界对两种存储方案有很多争持，集中焦点是:谁能够更有效地处理海量数据，且兼顾安全、可靠、完整性。从目前发展情况看，关系数据库已经不适应这种巨大的存储量和计算要求，基本是淘汰出局。在已知的几种大数据处理软件中，Hadoop的HBase采用列存储，MongoDB是文档型的行存储，Lexst是二进制型的行存储。

   

什么是列存储？

列式存储(column-based)是相对于传统关系型数据库的行式存储(Row-basedstorage)来说的。简单来说两者的区别就是如何组织表：

Ø Row-based storage stores atable in a sequence of rows.

Ø Column-based storage storesa table in a sequence of columns.

   

从上图可以很清楚地看到，行式存储下一张表的数据都是放在一起的，但列式存储下都被分开保存了。所以它们就有了如下这些优缺点对比：

   

在数据写入上的对比

1）行存储的写入是一次完成。如果这种写入建立在操作系统的文件系统上，可以保证写入过程的成功或者失败，数据的完整性因此可以确定。

2）列存储由于需要把一行记录拆分成单列保存，写入次数明显比行存储多（意味着磁头调度次数多，而磁头调度是需要时间的，一般在1ms~10ms)，再加上磁头需要在盘片上移动和定位花费的时间，实际时间消耗会更大。所以，行存储在写入上占有很大的优势。

3）还有数据修改,这实际也是一次写入过程。不同的是，数据修改是对磁盘上的记录做删除标记。行存储是在指定位置写入一次，列存储是将磁盘定位到多个列上分别写入，这个过程仍是行存储的列数倍。所以，数据修改也是以行存储占优。

   

在数据读取上的对比

1）数据读取时，行存储通常将一行数据完全读出，如果只需要其中几列数据的情况，就会存在冗余列，出于缩短处理时间的考量，消除冗余列的过程通常是在内存中进行的。

2）列存储每次读取的数据是集合的一段或者全部，不存在冗余性问题。

3） 两种存储的数据分布。由于列存储的每一列数据类型是同质的，不存在二义性问题。比如说某列数据类型为整型(int)，那么它的数据集合一定是整型数据。这种情况使数据解析变得十分容易。相比之下，行存储则要复杂得多，因为在一行记录中保存了多种类型的数据，数据解析需要在多种数据类型之间频繁转换，这个操作很消耗CPU，增加了解析的时间。所以，列存储的解析过程更有利于分析大数据。

4）从数据的压缩以及更性能的读取来对比

   

   

   

   

优缺点

显而易见，两种存储格式都有各自的优缺点：

1）行存储的写入是一次性完成，消耗的时间比列存储少，并且能够保证数据的完整性，缺点是数据读取过程中会产生冗余数据，如果只有少量数据，此影响可以忽略;数量大可能会影响到数据的处理效率。

2）列存储在写入效率、保证数据完整性上都不如行存储，它的优势是在读取过程，不会产生冗余数据，这对数据完整性要求不高的大数据处理领域，比如互联网，犹为重要。

　  

两种存储格式各自的特性都决定了它们的使用场景。

   

列存储的适用场景

1）一般来说，一个OLAP类型的查询可能需要访问几百万甚至几十亿个数据行，且该查询往往只关心少数几个数据列。例如，查询今年销量最高的前20个商品，这个查询只关心三个数据列：时间（date）、商品（item）以及销售量（sales amount）。商品的其他数据列，例如商品URL、商品描述、商品所属店铺，等等，对这个查询都是没有意义的。

   

而列式数据库只需要读取存储着"时间、商品、销量"的数据列，而行式数据库需要读取所有的数据列。因此，列式数据库大大地提高了OLAP大数据量查询的效率

   

OLTP OnLine Transaction Processor 在线联机事务处理系统（比如mysql，Oracle等产品）

OLAP OnLine Analaysier Processor 在线联机分析处理系统（比如Hive Hbase等）

   

2）很多列式数据库还支持列族（column group，Bigtable系统中称为locality group），即将多个经常一起访问的数据列的各个值存放在一起。如果读取的数据列属于相同的列族，列式数据库可以从相同的地方一次性读取多个数据列的值，避免了多个数据列的合并。列族是一种行列混合存储模式，这种模式能够同时满足OLTP和OLAP的查询需求。

   

3）此外，由于同一个数据列的数据重复度很高，因此，列式数据库压缩时有很大的优势。

例如，Google Bigtable列式数据库对网页库压缩可以达到15倍以上的压缩率。另外，可以针对列式存储做专门的索引优化。比如，性别列只有两个值，"男"和"女"，可以对这一列建立位图索引：

如下图所示

"男"对应的位图为100101，表示第1、4、6行值为"男"

"女"对应的位图为011010，表示第2、3、5行值为"女"

如果需要查找男性或者女性的个数，只需要统计相应的位图中1出现的次数即可。另外，建立位图索引后0和1的重复度高，可以采用专门的编码方式对其进行压缩。

   

当然，如果每次查询涉及的数据量较小或者大部分查询都需要整行的数据，列式数据库并不适用。

   

   

   

最后总结如下

传统行式数据库的特性如下：

①数据是按行存储的。

②没有索引的查询使用大量I/O。比如一般的数据库表都会建立索引，通过索引加快查询效率。

③建立索引和物化视图需要花费大量的时间和资源。

④面对查询需求，数据库必须被大量膨胀才能满足需求。

   

列式数据库的特性如下：

①数据按列存储，即每一列单独存放。

②数据即索引。

③只访问查询涉及的列，可以大量降低系统I/O。

④每一列由一个线程来处理，即查询的并发处理性能高。

⑤数据类型一致，数据特征相似，可以高效压缩。比如有增量压缩、前缀压缩算法都是基于列存储的类型定制的，所以可以大幅度提高压缩比，有利于存储和网络输出数据带宽的消耗。