NoSQL資料庫
NoSQL這個詞，意思是 "不僅僅是SQL"，最早出現在20世紀90年代末，指的是為了解決網絡和雲數據管理的要求，克服傳統SQL技術的限制而建立的新系統（見我們的 blog post on SQL vs. NoSQL vs NewSQL不同方法之間的比較）。這些限制是缺乏橫向可擴展性，數據攝取效率低，模式僵化，以及難以支持複雜的數據，如文檔和圖表。
作為支持標準關係模型的傳統SQL資料庫的替代品，NoSQL系統支持標準SQL以外的數據模型和查詢語言。它們通常強調可擴展性（以犧牲一致性為代價）、靈活的模式和實用的API，用於編程複雜的數據密集型應用。為了提供可擴展性，NoSQL系統通常在一個無共享的集群中使用擴展的方法（見 blog post on shared-nothing)，並進行複製以保證可用性。
大數據軟體棧中的nosql
根據底層數據模型，NoSQL系統有四大類（Özsu & Valduriez, 2020），例如，鍵值數據存儲、寬列存儲、文檔存儲和圖形資料庫。在每個類別中，我們可以找到數據模型的不同變化（與標準化的關係數據模型不同）和不同的查詢語言或API。然而，對於文檔存儲，JSON正在成為事實上的標準。還有一些多模型數據存儲，在一個系統中結合了多種數據模型，通常是文檔和圖形。
鍵值數據存儲和寬列存儲
鍵值數據存儲和寬列存儲有時被歸為同一類，因為它們都是無模式的，並且共享許多特徵。在鍵值數據模型中，所有的數據都被表示為鍵值對，其中鍵是唯一的標識值。鍵值系統是無模式的，這產生了巨大的靈活性和可擴展性。它們通常提供一個簡單的接口，如put（key，value），value=get（key），and delete（key）。寬列存儲可以將行存儲為屬性-值對的列表。第一個屬性被稱為主鍵或主鍵，例如，社會安全號碼，它在一個行的集合中唯一地識別一個行，例如，人。鍵通常是排序的，這使得範圍查詢和鍵的有序處理成為可能。這是寬列存儲的一種能力，鍵值存儲通常不支持。
鍵值數據存儲有一個分布式的架構，在一個無共享的集群中可以線性擴展。一個鍵值集合的行通常是水平分區的，使用散列或鍵值範圍，並存儲在一些集群節點上。鍵值數據存儲也善於使用SSTables有效地攝取數據（他們聲稱使用LSM樹，但實際上使用SSTables，見我們的 blog post on B+ Trees, LSM trees and SSTables)，這是一種數據結構和攝取算法，通過使用單個I/O來插入許多行，在攝取數據方面非常高效。鍵值數據存儲解決了僵化的模式問題，僅僅是通過無模式，每一行都可以有不同的結構，即任意的列集。
鍵值數據存儲的這些新特性影響了性能。首先，SST表格在查詢數據方面的效率很低，所以在鍵值數據存儲中讀取數據的成本要比使用B+樹的SQL資料庫高很多。其次，模式的靈活性意味著數據表示在空間方面變得更加昂貴，因為列名必須被編碼並存儲在行內。更重要的是，一般用於打包相同大小的列的技術不能被應用，所以數據表示的效率更低。由於其固定的模式，SQL資料庫可以在行中組織列，在空間和訪問時間方面非常有效。
最後，鍵值存儲以強大的數據一致性換取可擴展性和可用性，依賴於不同的控制一致性的方式，如副本的最終一致性，有條件的寫入，以及最終一致性和強一致性的讀取。
寬列存儲結合了SQL資料庫的一些有益特性（例如，以表的形式表示數據）和鍵值存儲的靈活性（例如，列內無模式數據）和可擴展性。寬列表中的每一行都由一個鍵唯一標識，並有一些命名的列。然而，與關係表不同的是，列只能包含原子值（即二進位字符串），一個列可以很寬，包含多個鍵值對。寬列存儲用更多的聲明性結構擴展了鍵值存儲接口，允許對列族進行掃描、精確匹配和範圍查詢。它們通常為這些結構提供一個API，以便在程式語言中使用。