行数据库VS列数据库

Posted 2020-09-25 邱进宝

一、介绍

目前大数据存储有两种方案可供选择：行存储和列存储。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。

顾名思义，这两种数据库架构在存贮数据时的方式是大相径庭的。在行式数据库中，每一行中的每一块数据都是紧挨着另一块数据存放在硬盘中。一般情况下，你可以认为每一行存贮的内容就是硬盘中的一组连续的字节，像SQL server,Oracle，mysql等传统的是属于行式数据库范畴。如果是基于列的数据库，所有的数据都是以列的形式存储的，它从一开始就是面向大数据环境下数据仓库的数据分析而产生。

行存储数据排列

列存储数据排列

行存储的读写过程是一致的，都是从第一列开始，到最后一列结束。列存储的读取是列数据集中的一段或者全部数据，写入时，一行记录被拆分为多列，每一列数据追加到对应列的末尾处。

 

这个表存储在电脑的内存(RAM)和存储(硬盘)中。虽然内存和硬盘在机制上不同，电脑的操作系统是以同样的方式存储的。数据库必须把这个二维表存储在一系列一维的“字节”中，由操作系统写到内存或硬盘中。

行式数据库把一行中的数据值串在一起存储起来，然后再存储下一行的数据，以此类推。

1,Smith,Joe,40000;2,Jones,Mary,50000;3,Johnson,Cathy,44000;

列式数据库把一列中的数据值串在一起存储起来，然后再存储下一列的数据，以此类推。

1,2,3;Smith,Jones,Johnson;Joe,Mary,Cathy;40000,50000,44000; 这是一个简化的说法。

 

二、对比

从上面表格可以看出，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。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，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。

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。 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。列存储每次读取的数据是集合的一段或者全部，如果读取多列时，就需要移动磁头，再次定位到下一列的位置继续读取。 再谈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。

显而易见，两种存储格式都有各自的优缺点：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。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。

在选择使用哪种数据库时，问自己这样一个问题，哪种工作负载是你的数据库需要支持的最关键的工作负载。尽管可能你两种操作都需要，但是当核心业务是在线交易性的OLTP应用时，一个行式的数据库，再加上数十年积累的优化操作，可能是最好的选择。如果你的企业并不需要快速处理OLTP业务，但需要可以快速处理海量静态数据的分析，也就是OLAP时，那么一个列式的数据库将会成为你的不二选择。

 

三、总结

两种存储格式各自的特性都决定了它们不可能是完美的解决方案。 如果首要考虑是数据的完整性和可靠性，那么行存储是不二选择，列存储只有在增加磁盘并改进软件设计后才能接近这样的目标。如果以保存数据为主，行存储的写入性能比列存储高很多。在需要频繁读取单列集合数据的应用中，列存储是最合适的。如果每次读取多列，两个方案可酌情选择：采用行存储时，设计中应考虑减少或避免冗余列；若采用列存储方案，为保证读写入效率，每列数据尽可能分别保存到不同的磁盘上，多个线程并行读写各自的数据，这样避免了磁盘竞用的同时也提高了处理效率。 无论选择哪种方案，将同内容数据聚凑在一起都是必须的，这是减少磁头在磁盘上的移动，提高数据读取时间的有效办法。

其实这也验证了我当前在公司所做的系统数据库为什么是基于HBase的。因为要对用户的数据分类，对每一类数据做出对应的产品来提供服务。这个过程有在线上进行，也有在线下进行的，执行的频率相当的高，用户数量又十分庞大，虽然在数据的写入上效率会低，但是更重要的是在数据类别的维度上对大数据进行分析，实时地呈现执行结果渲染页面呈现。