MongoDB為什麼比Mysql快原理解析

2023-03-07 06:03:34

引言

在當今網際網路時代，資料是無價之寶。為了更高效地儲存和管理資料，資料庫成為了重要的組成部分。MySQL和MongoDB都是常用的資料庫，但MongoDB比MySQL更為高效，這是為什麼呢？

資料儲存方式不同

Mysql

MySQL是一種關係型資料庫管理系統（RDBMS），它使用傳統的表格方式來儲存資料。具體來說，MySQL中的資料是以表格（也稱為關係）的形式組織的，每個表格包含若干列和行。列表示資料的屬性，行表示具體的資料記錄。

在MySQL中，表格中的每一列都必須有一個資料型別來定義其資料格式。MySQL支援的資料型別包括整型、浮點型、字元型、日期型等等。此外，MySQL還支援定義主鍵、外來鍵、索引等資料約束，以保證資料的完整性和一致性。

MySQL中的資料以檔案的形式儲存在磁碟上，每個資料庫對應一個或多個物理檔案。其中，一個特殊的檔案稱為“資料字典”，它儲存了資料庫中所有表格、列、索引、約束等資訊。在查詢和修改資料時，MySQL會首先從資料字典中讀取表格結構資訊，然後再根據表格結構和索引資訊定位具體的資料記錄。

總的來說，MySQL的資料儲存方式是傳統的關係型資料庫方式，適用於結構化資料的儲存和查詢。MySQL也支援一些非關係型資料的儲存方式，比如BLOB和TEXT型別的資料，但相比於MongoDB等面向檔案的資料庫，MySQL的非結構化資料處理能力相對較弱。

MongoDB

MongoDB是一種面向檔案的資料庫管理系統，它使用檔案的方式來儲存資料。具體來說，MongoDB中的資料是以BSON（Binary JSON）檔案的形式組織的，每個檔案都是一個鍵值對的集合，可以包含任何型別的資料。

在MongoDB中，資料儲存在集合（Collection）中，每個集合包含若干檔案。集合的結構非常靈活，同一個集合中的檔案可以有不同的結構，每個檔案可以有自己的欄位和值。這種結構非常適合儲存非結構化資料，比如紀錄檔、社交媒體資料等等。

MongoDB中的資料以檔案的形式儲存在磁碟上，每個資料庫對應一個或多個物理檔案。在MongoDB中，資料的讀寫操作都是基於記憶體的，MongoDB會將頻繁存取的資料快取在記憶體中，以提高查詢和更新的速度。

MongoDB還支援副本集和分片機制，可以輕鬆地實現資料的水平擴充套件和負載均衡。在副本集中，每個節點都是一個完整的MongoDB範例，其中一個節點被指定為主節點，其他節點作為從節點。主節點負責接收所有的寫操作和查詢操作，從節點負責複製主節點的資料，並提供讀操作。在分片機制中，MongoDB會將資料按照特定的規則分成多個分片，每個分片儲存一部分資料，以實現水平擴充套件。

總的來說，MongoDB的資料儲存方式是面向檔案的，非常適合儲存非結構化資料。MongoDB還支援分散式部署和擴充套件，可以處理大規模的資料和高並行存取。

索引機制不同

Mysql

MySQL索引是一種資料結構，它能夠加快資料檢索的速度。MySQL支援多種型別的索引，包括B-tree索引、雜湊索引、全文索引等等。其中，B-tree索引是最常用的索引型別。

B-tree索引是一種平衡樹結構，它將索引值按照一定的順序組織成一個樹形結構，每個節點包含若干索引值和指向子節點的指標。在B-tree索引中，查詢操作會從根節點開始，根據索引值的大小關係依次遍歷子節點，直到找到目標節點或者到達葉子節點。這種結構可以非常快速地定位到目標資料記錄，因為樹的高度通常很小，而且每個節點都可以容納很多索引值。

MySQL中的B-tree索引支援單列索引和組合索引。單列索引只包含一個列的值，而組合索引則包含多個列的值，多個列的值組合在一起作為索引值。組合索引可以更加精確地定位資料記錄，但它的建立和維護成本也更高。

MySQL還支援覆蓋索引，即查詢所需的資料都可以從索引中獲取，不需要再存取資料表。覆蓋索引可以大大減少查詢的磁碟存取量，提高查詢的效能。

總的來說，MySQL的索引機制可以加快資料檢索的速度，減少磁碟存取量，提高資料庫的效能。不過，索引也有一些缺點，比如增加了資料的儲存空間、降低了寫入效能等等。因此，在使用索引時需要根據具體的情況進行權衡和選擇。

MongoDB

MongoDB的索引機制是一種基於B-tree的索引實現，類似於MySQL的B-tree索引。MongoDB支援單欄位、多欄位、複合、文字、地理位置等多種型別的索引。

在MongoDB中，建立索引可以使用createIndex()方法，可以指定索引型別、索引欄位、索引方向等引數。例如，下面的程式碼建立一個名為“username”的單欄位索引：

db.collection.createIndex({username: 1})

MongoDB的索引機制可以大大提高資料的查詢效能，因為它能夠在索引中快速定位資料記錄，而不需要掃描整個資料集合。如果一個查詢包含多個條件，可以使用複合索引來提高查詢效能。例如，下面的程式碼建立一個包含“username”和“email”的複合索引：

db.collection.createIndex({username: 1, email: 1})

在使用MongoDB的索引時需要注意以下幾點：

建立過多的索引會佔用大量的儲存空間，影響效能，因此需要根據實際需求進行選擇。
索引會增加寫入操作的開銷，因為每次寫入操作都需要更新索引。如果寫入操作頻繁，可以考慮使用稀疏索引或者禁用索引。
索引的選擇和設計要根據具體的查詢需求進行優化，避免出現無效的或者低效的索引。

總的來說，MongoDB的索引機制可以提高資料的查詢效能，但需要根據具體情況進行選擇和優化。

分散式架構不同

Mysql

MySQL是一個傳統的關係型資料庫，最初設計並沒有考慮分散式架構。然而，隨著資料量和存取量的不斷增長，單機MySQL已經無法滿足高可用、高效能的要求，因此出現了分散式MySQL架構。

分散式MySQL架構通常採用主從複製和分片技術。主從複製是指將資料從主資料庫複製到多個從資料庫，從資料庫可以處理讀請求和備份資料。主資料庫負責處理寫請求，從資料庫負責讀請求。分片技術是指將資料按照一定的規則劃分為多個片（或者分割區），每個片儲存在不同的資料庫節點上，通過路由技術來決定哪個節點處理特定的請求。

分散式MySQL架構的優點是可以提高資料處理能力、降低單點故障風險、增強系統的可延伸性和可靠性。不過，分散式MySQL架構也有一些缺點，例如：

系統的複雜度增加，需要額外的維護和管理工作。
資料的一致性和可靠性可能會受到影響，需要採用合適的複製和同步機制來保證資料的一致性。
分片機制可能會導致一些跨片的操作成為瓶頸，需要採用合適的路由演演算法和負載均衡策略。
分散式MySQL架構需要更高的硬體成本和網路頻寬。

總的來說，分散式MySQL架構需要根據具體的業務需求和資料規模來進行設計和優化，需要綜合考慮效能、可靠性、一致性、複雜度等多個方面。

MongoDB

MongoDB是一種分散式檔案型資料庫，具有天生的分散式架構設計。MongoDB的分散式架構包含多個元件，包括分片、副本集和分散式查詢路由。

分片

MongoDB的分片技術將資料分割成多個分片（shard），每個分片儲存部分資料，多個分片組成一個分片叢集。分片可以按照資料的範圍、雜湊值、分片鍵等方式進行分配。在分片叢集中，有一個特定的MongoDB節點充當分片協調器（mongos），負責接收使用者端的請求，將請求路由到對應的分片節點上，並將結果返回給使用者端。

副本集

為了提高資料的可靠性和可用性，MongoDB採用副本集（replica set）技術。副本集包括一個主節點和多個從節點，主節點負責處理寫請求和同步資料到從節點，從節點負責處理讀請求和備份資料。如果主節點失效，從節點可以選舉一個新的主節點，保證系統的高可用性。

分散式查詢路由

MongoDB的分散式查詢路由機制將查詢請求路由到合適的分片節點上。當用戶端向mongos傳送查詢請求時，mongos會將請求轉發給對應的分片節點，如果請求涉及多個分片，mongos會自動將結果聚合返回給使用者端。為了提高查詢效能，MongoDB支援在每個分片上執行部分查詢，然後將結果返回給mongos，在mongos上再進行聚合。

總的來說，MongoDB的分散式架構設計可以提高資料的處理能力、可靠性和可用性，同時也增加了系統的複雜度和管理難度。需要根據具體的業務需求和資料規模來進行分片、副本集和查詢路由的設定和優化。