高曙光

摘 要：近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，企業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)面臨規(guī)模日益擴(kuò)大的海量數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)在性能上的不足逐漸顯現(xiàn)，面對(duì)這一挑戰(zhàn)，互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域開(kāi)始出現(xiàn)了大批針對(duì)特定場(chǎng)景，以高性能和使用便利為目的的功能特殊化的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，這一類數(shù)據(jù)庫(kù)被統(tǒng)稱為NoSQL。這類數(shù)據(jù)庫(kù)近幾年發(fā)展迅速，企業(yè)對(duì)相關(guān)技術(shù)人才的需求也迅速增加，高職院校是培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)人才的主力教育機(jī)構(gòu)，但是在這一技術(shù)的應(yīng)用上幾乎沒(méi)有起步，本文從NoSQL在社會(huì)上的應(yīng)用著手，結(jié)合高職院校數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)改革，對(duì)高職開(kāi)設(shè)NoSQL類數(shù)據(jù)庫(kù)課程相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行初步探討和研究。

關(guān)鍵詞：NoSQL；高職；數(shù)據(jù)庫(kù)；教學(xué)

1 概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，各種類型的應(yīng)用層出不窮，所以導(dǎo)致在這個(gè)云計(jì)算的時(shí)代，對(duì)技術(shù)提出了更多的需求。雖然關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)在業(yè)界的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面占據(jù)不可動(dòng)搖的地位，但是其固有的缺點(diǎn)如擴(kuò)展困難、讀寫(xiě)慢、成本高使其在當(dāng)今時(shí)代的某些數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用領(lǐng)域力不從心。業(yè)界為了解決互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的新的要求，推出了各種類型的“NoSQL”數(shù)據(jù)庫(kù)。

NoSQL這一概念是由Eric Evans在2009年正式提出，一般被認(rèn)為是指非關(guān)系型的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，并且不支持原子性、一致性、隔離性、持久性的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)模式。

總的來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)上，它們非常關(guān)注對(duì)數(shù)據(jù)高并發(fā)地讀寫(xiě)和對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等，與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)相比，它們?cè)诩軜?gòu)和數(shù)據(jù)模型方面做了一些減少和簡(jiǎn)化，而在擴(kuò)展和并發(fā)等功能上做了增強(qiáng)。

2 NoSQL的應(yīng)用和分類

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，現(xiàn)今的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面要求具備龐大的水平擴(kuò)展性，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)在解決這一問(wèn)題上困難重重，許多互聯(lián)網(wǎng)知名公司只能求助于新興的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，如Google、Yahoo、Facebook、Twitter、Amazon等都進(jìn)行了大量的開(kāi)發(fā)工作。而國(guó)內(nèi)的一些知名IT企業(yè)，尤其是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也紛紛采用了一些NoSQL型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，比如新浪微博就使用了REDIS，淘寶更是開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)oceanbase，優(yōu)酷的在線評(píng)論業(yè)務(wù)則使用MONGODB，運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)分析及挖掘則使用HBASE。

通過(guò)近些年企業(yè)對(duì)NOSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的使用，我們發(fā)現(xiàn)，NOSQL數(shù)據(jù)庫(kù)正在成為數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域不可或缺的一部分，它彌補(bǔ)了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)在某些應(yīng)用中的不足，所以得到了飛速的發(fā)展。根據(jù)2014年1月的數(shù)據(jù)，已經(jīng)有七種NOSQL類數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品躋身數(shù)據(jù)庫(kù)的前二十名行列。

NoSQL可以大體上分為4個(gè)種類：Key-value、Document-Oriented、Column-Family Databases以及 Graph-Oriented Databases。這些類型的特性如下：

鍵值（Key-Value）數(shù)據(jù)庫(kù)

鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)就像在傳統(tǒng)語(yǔ)言中使用的哈希表。你可以通過(guò)key來(lái)添加、查詢或者刪除數(shù)據(jù)，鑒于使用主鍵訪問(wèn)，所以會(huì)獲得不錯(cuò)的性能及擴(kuò)展性。

面向文檔（Document-Oriented）數(shù)據(jù)庫(kù)

面向文檔數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)將數(shù)據(jù)以文檔的形式儲(chǔ)存。每個(gè)文檔都是自包含的數(shù)據(jù)單元，是一系列數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合。每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都有一個(gè)名稱與對(duì)應(yīng)的值，值既可以是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)類型，如字符串、數(shù)字和日期等；也可以是復(fù)雜的類型，如有序列表和關(guān)聯(lián)對(duì)象。

列存儲(chǔ)（Wide Column Store/Column-Family）數(shù)據(jù)庫(kù)

列存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在列族（column family）中，一個(gè)列族存儲(chǔ)經(jīng)常被一起查詢的相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖（Graph-Oriented）數(shù)據(jù)庫(kù)

圖數(shù)據(jù)庫(kù)允許我們將數(shù)據(jù)以圖的方式儲(chǔ)存。實(shí)體會(huì)被作為頂點(diǎn)，而實(shí)體之間的關(guān)系則會(huì)被作為邊。

3 NoSQL的特點(diǎn)

NoSQL在使用中體現(xiàn)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

3.1 靈活的可擴(kuò)展性

當(dāng)數(shù)據(jù)快速增長(zhǎng)時(shí)，一般的解決方案是使用更大型的服務(wù)器來(lái)承載增加的負(fù)載，達(dá)到擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫(kù)的目的，這種方法成本較高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)復(fù)雜。而使用增加主機(jī)數(shù)量來(lái)減輕負(fù)載是成本較低的方案，但在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)起來(lái)不是一件容易的事，而這是NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。

3.2 大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

在過(guò)去的十年里，正如交易率發(fā)生了翻天覆地的增長(zhǎng)一樣，需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量也發(fā)生了急劇地膨脹。為了滿足數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)的需要，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的容量也在日益增加，已經(jīng)大到技術(shù)和成本不能承受的地步?，F(xiàn)在，大量的“大數(shù)據(jù)”可以通過(guò)NoSQL系統(tǒng)來(lái)處理，它們能夠處理的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了最大型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)所能處理的極限。

3.3 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員要求降低

NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)從一開(kāi)始就是為了降低管理方面的要求而設(shè)計(jì)的，它采用自動(dòng)修復(fù)，數(shù)據(jù)分配和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)模型，可以讓管理和優(yōu)化工作要求降低很多。

3.4 成本低

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)通常需要依靠昂貴的專有服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)。使用NoSQL，每GB的成本或每秒處理的事務(wù)的成本都比使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的成本少得多，可以使企業(yè)花費(fèi)更低的成本來(lái)存儲(chǔ)和處理更多的數(shù)據(jù)。

4 NoSQL在高職中的應(yīng)用

NOSQL在企業(yè)的應(yīng)用時(shí)間不太長(zhǎng)，而且相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品各類繁多，多數(shù)沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的資料書(shū)籍也很少，所以影響了它在高職院校的應(yīng)用，高職院校很少對(duì)NOSQL進(jìn)行研究，也沒(méi)有學(xué)校開(kāi)設(shè)相關(guān)的系統(tǒng)課程。NOSQL研究和教學(xué)在高職院校發(fā)展基本為零，原因有以下幾點(diǎn)：

4.1 教師對(duì)NOSQL的認(rèn)知和掌握能力有限

長(zhǎng)期以來(lái)，普通高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)課程以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)為講授內(nèi)容。教師認(rèn)知能力有限，基本很少接觸NOSQL方面的內(nèi)容，研究和學(xué)習(xí)掌握NOSQL有較大困難。

在講授數(shù)據(jù)庫(kù)課程時(shí)，因?yàn)殛P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)長(zhǎng)期占主導(dǎo)和統(tǒng)治地位，忽略了對(duì)其他數(shù)據(jù)庫(kù)的研究。當(dāng)前高校與市場(chǎng)的聯(lián)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如想象的那樣緊密，因此，當(dāng)前高校教師面對(duì)著對(duì)NoSQL 技術(shù)的認(rèn)知能力，這里不僅包含對(duì)技術(shù)的掌握和熟悉，而更重要的是對(duì)該新興技術(shù)的認(rèn)可。在授課的過(guò)程中，如何把握NoSQL 技術(shù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的之間的關(guān)系，巧妙地融合兩種技術(shù)，使學(xué)生有個(gè)全面和清晰的認(rèn)識(shí)是數(shù)據(jù)庫(kù)課程教師的重要工作之一。

4.2 學(xué)生的知識(shí)水平有限

高職的學(xué)生來(lái)源決定了他們?cè)诔橄笏季S能力上和自學(xué)能力上都不能達(dá)到優(yōu)秀的程序，成熟的親和度高的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品對(duì)高職學(xué)生來(lái)說(shuō)容易接受，對(duì)于需要掌握更多低層技術(shù)的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)習(xí)起來(lái)難度就大的多，而且兩種技術(shù)原理有很大不同，理解新技術(shù)的困難也是要考慮的問(wèn)題。

4.3 學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件限制

實(shí)驗(yàn)一直是數(shù)據(jù)庫(kù)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)有大多數(shù)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境能夠基本滿足關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的教學(xué)需要，但是對(duì)于實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)的進(jìn)程設(shè)計(jì)中如何體現(xiàn)NoSQL技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，如何合理構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境也是教學(xué)的一大課題和難點(diǎn)。

5 如何在高職數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)中開(kāi)展NoSQL教學(xué)活動(dòng)

在社會(huì)強(qiáng)大的需求面前，在高職開(kāi)設(shè)NoSQL的教學(xué)勢(shì)所必然，在充分研究的基礎(chǔ)上，我認(rèn)為應(yīng)在以下幾個(gè)方面來(lái)建設(shè)這一類課程：

5.1 教學(xué)內(nèi)容選取

數(shù)據(jù)庫(kù)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容分為三大階段，利用學(xué)習(xí)任務(wù)的遞進(jìn)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。第一，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)階段；第二，項(xiàng)目學(xué)習(xí)階段；第三，項(xiàng)目實(shí)踐階段。

NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)教學(xué)中基礎(chǔ)知識(shí)階段的教學(xué)主要內(nèi)容應(yīng)該有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基本概念、NoSQL基本概念、NoSQL的類別和原理。通過(guò)本階段學(xué)習(xí)，學(xué)生能掌握NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本內(nèi)容和領(lǐng)域內(nèi)涵，為后面的實(shí)際操作技能學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。項(xiàng)目學(xué)習(xí)階段：選取一個(gè)實(shí)際的互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，作為實(shí)例貫穿全過(guò)程，依據(jù)流行的結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)過(guò)程，將課程內(nèi)容分為：項(xiàng)目準(zhǔn)備，數(shù)據(jù)庫(kù)定義，應(yīng)用開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)安全管理與維護(hù)四個(gè)學(xué)習(xí)情景。項(xiàng)目實(shí)踐階段是以小型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為例進(jìn)行從需求分析到最終系統(tǒng)集成的完整開(kāi)發(fā)過(guò)程實(shí)踐.。學(xué)生通過(guò)完整的項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，熟悉數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和構(gòu)建的基本原則，掌握數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)生實(shí)際編程能力，為今后從事信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供必要的技能。

5.2 教學(xué)方法的綜合應(yīng)用

NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的教學(xué)應(yīng)該沿用近些年已經(jīng)成熟的“工學(xué)一體”教學(xué)方法。以項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法為主線，將相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)匯集，把整個(gè)課程的教學(xué)演變程連貫的相關(guān)的可實(shí)際操作的業(yè)務(wù)訓(xùn)練。在各教學(xué)單元中采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法，使“任務(wù)”存在于課程教學(xué)過(guò)程的始終，把一個(gè)項(xiàng)目分解為若干個(gè)大任務(wù)，每一個(gè)大任務(wù)，又分解為若干個(gè)小任務(wù)，讓學(xué)生有目標(biāo)，有方向。 采用角色扮演教學(xué)法，以小型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)為模擬單位，學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中扮演不同角色，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，探索問(wèn)題和熟悉開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作關(guān)系。

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