第 9 課：SQL 與 NoSQL - 選出正確的資料庫

系統架構：從零到英雄

第 3 部分：資料庫架構與資料管理

亞洲開發網

簡介

資料庫是每個系統的核心。選擇錯誤的資料庫可能會導致整個系統的重新架構—昂貴且痛苦。本文可協助您了解每種類型的資料庫以及何時選擇哪種資料庫。

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1. SQL（關聯式資料庫）

1.1 酸性質

物業	意義	範例
原子性	交易要麼全有要麼全無	匯款：減去 A + 加 B 或什麼都沒有
一致性	資料始終處於有效狀態	平衡永遠不會是負數
隔離	交易互不影響	2人一起買票→不衝突
耐用	提交完成=資料安全	伺服器崩潰≠資料遺失

1.2 什麼時候選擇SQL？

✓ Data có cấu trúc rõ ràng (schema cố định)
✓ Relationships phức tạp (foreign keys, joins)
✓ Cần ACID transactions
✓ Data integrity quan trọng
✓ Query patterns đa dạng (ad-hoc queries)

Ví dụ: Banking, ERP, E-commerce orders, CRM

1.3 熱門：PostgreSQL 與 MySQL

特點	PostgreSQL	MySQL
酸	完整	完整（InnoDB）
JSON 支援	優（JSONB）	好
全文搜尋	內建	內建
複製	串流媒體，邏輯	二進位日誌
擴展	TimescaleDB、PostGIS	有限公司
最適合	複雜查詢，資料完整性	網頁應用程序，閱讀量大

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2. NoSQL 類別

2.1 鍵值存儲

SET user:123 → {"name": "John", "email": "[email protected]"}
GET user:123 → {"name": "John", "email": "[email protected]"}

Cực nhanh: O(1) read/write
Hạn chế: Không có query phức tạp, không có relationships

資料庫	最適合
Redis	快取、會話、排行榜、發布/訂閱
DynamoDB	無伺服器、自動縮放鍵值
記憶體快取	簡單的快取

2.2 文件存儲

// MongoDB document
{
  "_id": "order_123",
  "customer": {
    "name": "John",
    "email": "[email protected]"
  },
  "items": [
    {"product": "Laptop", "price": 1000, "qty": 1},
    {"product": "Mouse",  "price": 25,   "qty": 2}
  ],
  "total": 1050,
  "status": "shipped"
}

資料庫	最適合
MongoDB	架構靈活，開發快速
CouchDB	離線優先，同步
彈性搜尋	全文搜尋、分析

2.3 寬列存儲

Row Key: user_123
  Column Family "profile":
    name: "John"
    email: "[email protected]"
  Column Family "activity":
    last_login: "2026-03-30"
    posts_count: 42

Mỗi row có thể có columns khác nhau
→ Linh hoạt cho IoT, time-series, analytics

資料庫	最適合
卡桑德拉	高寫入吞吐量、多資料中心
HBase	Hadoop 生態系、分析
ScyllaDB	相容於Cassandra，效能更高

2.4 圖表資料庫

(John) ─[FRIENDS_WITH]─► (Jane)
(John) ─[WORKS_AT]────► (Google)
(Jane) ─[LIVES_IN]────► (Hanoi)
(John) ─[LIKES]───────► (Post_123)

Query: "Tìm bạn của bạn John sống ở Hà Nội"
→ Cực nhanh với Graph DB, cực chậm với SQL (multiple JOINs)

資料庫	最適合
Neo4j	社群網路、推薦、詐欺偵測
亞馬遜海王星	AWS 託管圖
ArangoDB	多模型（文檔+圖表）

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3. 酸與鹼

物業	酸性（SQL）	基礎（NoSQL）
焦點	一致性	可用性
交易	強	軟狀態
規模	垂直為主	水平
一致性	立即	最終
架構	固定	靈活

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4. SQL 與 NoSQL 決策框架

                      Cần ACID?
                      ╱       ╲
                   Yes         No
                    │           │
               Complex         Scale
              Relations?    requirements?
              ╱       ╲     ╱        ╲
           Yes        No   High       Low
            │          │    │          │
         SQL          SQL  NoSQL      SQL
      (PostgreSQL)  (MySQL)(Cassandra)(Simple)
                           (MongoDB)

4.1 決策矩陣

要求	→ 資料庫
銀行、金融	PostgreSQL（ACID）
使用者會話、快取	Redis(鍵值)
內容管理、CMS	MongoDB（文件）
社交圖譜、建議	Neo4j（圖）
物聯網，時間序列	卡桑德拉/TimescaleDB
全文檢索	彈性搜尋
電商目錄	MongoDB + Elasticsearch
分析、資料倉儲	ClickHouse/BigQuery

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5. 多語言持久性

E-commerce Platform:

┌─────────────────────────────────────────────┐
│              Application Layer               │
├──────────┬──────────┬───────────┬───────────┤
│ Users    │ Products │ Orders    │ Analytics │
│   │      │   │      │   │       │   │       │
│PostgreSQL│ MongoDB  │PostgreSQL │ClickHouse │
│(accounts)│(catalog) │(payments) │(reports)  │
├──────────┴──────────┴───────────┴───────────┤
│              Redis (Caching Layer)            │
├─────────────────────────────────────────────┤
│          Elasticsearch (Search)              │
└─────────────────────────────────────────────┘

每個服務都會為其用例選擇最合適的資料庫。

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6.NewSQL

NewSQL 結合了兩者的優點：ACID + 水平擴展。

資料庫	描述
CockroachDB	分散式 SQL，相容於 PostgreSQL
TiDB	MySQL 相容，HTAP
Google扳手	全球分佈式，強一致性
YugabyteDB	相容 PostgreSQL，分散式

NewSQL = SQL Syntax + ACID Transactions + Horizontal Scaling

Trade-off: Latency cao hơn single-node SQL (distributed overhead)

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總結

資料庫類型	優勢	使用案例
SQL	ACID、關係、複雜查詢	銀行、電子商務、ERP
鍵值	速度、簡單	快取、會話
檔案	架構靈活，快速開發	CMS、目錄
寬柱	寫入吞吐量、規模	物聯網，時間序列
圖表	關係查詢	社交、推薦
新SQL	兩全其美	分散式酸

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練習

1. 資料庫選擇： 對於醫療保健管理系統（醫院），選擇以下資料庫：(a) 病患記錄，(b) 體檢歷史，(c) 醫學影像，(d) 症狀搜索，(e) 醫病關係。

2. 多語言設計： 為類似 Shopee 的平台設計資料架構。確定每個服務需要哪個資料庫以及原因。

3. **遷移：**系統目前全部使用MongoDB。訂單需要強一致性。計劃在不停機的情況下將訂單遷移到 PostgreSQL。