艾体宝干货丨Redis与MongoDB的区别

Redis（Remote Dictionary Server，远程字典服务器）和 MongoDB 是两类知名的 NoSQL数据库，其以非结构化的方式存储数据。与传统关系数据库使用表格、行和列来组织数据不同，NoSQL数据库采用了不同的数据存储模型。Redis是一种开源的内存数据库，以键值对的形式存储数据，其将数据存储在 RAM 中，以实现高效的读写性能，同时也提供磁盘持久存储作为补充功能。MongoDB是另一种开源的文档数据库，通过序列化的 JSON 格式来存储数据，MongoDB会将数据存储在外部存储中。

尽管 Redis和 MongoDB 都是广受欢迎的 NoSQL数据库，并且在现代软件开发中得到了广泛的应用和验证，但二者在设计理念、应用场景等方面存在显著差异。对于刚接触 NoSQL 数据库的读者来说，这些差异可能会带来困惑。本文旨在为读者提供关于这两种数据库的详细信息，帮助大家更好地理解二者的区别，进一步根据自身开发团队的需求和业务应用场景，更有效地选择最合适的数据库解决方案。

数据模型

首先，我认为我们可以从数据模型开始聊起。所谓数据模型，指的就是我们向数据库中存储数据时，这些数据究竟以何种形式进行组织、存储。了解了数据模型，进而能窥探出数据库的设计思想，从而指导我们如何正确地去使用。例如 SQL 数据库在存储时，会将数据组织为表格的形式，同时表格还会附带若干属性约束，这就是典型的关系数据模型，如下图所示。

而 NoSQL 数据库本身是一个大的分类，其囊括了包含键值数据库、文档数据库、图数据库甚至时序数据库在内多种服务于不同需求的细分子类。本文中我们的目光将聚焦于 Redis 和 MongoDB 采用的不同数据模型，以及二者在架构上不同存储数据的方式。

Redis

Redis 将数据存储在 RAM 中，RAM 带来的优势就在于数据可以被快速访问，并能提供极低的延迟。不过由于 RAM 的特性，这种存储方式也限制了可以存储的数据量，无论是 HDD 还是 SSD，硬盘的单位存储价格始终远低于 RAM。而为了实现数据持久性，Redis 提供了两种机制：快照（Snapshot）和仅追加文件（AOF）日志记录，这两种方法可以将数据集保存在磁盘上，规避 RAM 易失性的缺陷。

Redis 使用键值对的形式存储数据，每个数据条目都有一个唯一的键（Key）。它支持多种数据类型，常用的包括有序集合（Sorted Set）、哈希（Hash）、无序集合（Set）、列表（List）与字符串（String）。键值对的大小被限制为不超过 512MB，不过通常我们在使用中会尽可能地避免使用较大的键值对。

Redis 还支持 Pub-Sub 或者流模式，这使其不仅仅是一个键值缓存系统。该功能允许在系统中实现消息队列等功能，额外的 Redis Model 支持也提供了缓存之外的拓展选项，不过这就是另一个独立的话题。

下图展示了 Redis 的数据模型。

MongoDB

MongoDB 是一种文档存储数据库，与传统的 SQL 驱动的关系数据库有显著不同。在关系数据库中，如上文所言，数据通常被简化为具有索引的 CSV 文件形式，每个文件代表一个表；而在文档存储中，数据则被简化为具有索引的 JSON 文件，每个文件对应一个文档，多个文档组合成一个集合。

JSON 文件的结构与 XML 和 YAML 文件类似，也类似于 Python 中的字典。因此，可以按照这种层次结构来组织和涉及数据。在 MongoDB 中，文档由已命名的键组成，而这些键可以包含其他文档、数组或标量值。举例而言，一个文档中可能包含一个键 Address.Street，其值为 123 Main St。你可以通过在索引中查找 Address.Street 等于某个值的文档集合来进行搜索。

{
  _id:  "5f4e3ab0b5d6",
  Name:  "Alice Johnson",
  Address:
    Street: "123 Main St",
    City: "Springfield",
    State: "IL"
  Orders:
    - "A1001"
    - "B2002"
    - "C3003"
}

MongoDB 还允许文档包含数组，例如 Orders 数组，其中可以包含多个订单信息。可以针对 Orders 数组的内容进行复杂的查询操作，比如查找包含某个特定值子集的文档。举例来说，如果 Orders 包含 ["A1001", "B2002"]，查询 Orders includes "A1001" 会返回这个文档；而查询 Orders includes any of ["B2002", "C3003"] 则会返回包含这些订单中任一项的文档。

文档的嵌套层次越深，其灵活性和数据组织的能力越强。例如，Address 可以包含一个子文档 Geo，其中有 Latitude 和 Longitude 信息。如果业务的数据高度结构化，文档存储模型往往比关系数据库更具优势。

下图展示了 MongoDB 的数据模型。

什么情况下使用 Redis 或 MongoDB

以开发团队以及应用需求为导向

如果您的应用需要频繁的查询操作，Redis 中的数据通常存储在各种专门的数据结构中，为了优化性能，开发人员需要为每种类型的对象选择特定的数据结构。因此，选择 Redis 可能会带来一些额外的开发与适配工作。而在 MongoDB 中，由于其数据结构更加一致（JSON），类似的查询可能在实现层面上更加简单。不过事有两面，尽管在 Redis 中的查询或许需要处理多种数据结构，但这种些微复杂性带来的好处是响应速度的提升。Redis 的高性能可以弥补在查询处理上的额外工作量。

对于开发人员而言，尤其是那些拥有传统数据库和 SQL 背景的开发人员对 MongoDB 的接受程度或许会更好。虽然二者都是 NoSQL 数据库，但MongoDB 提供了一种更直观、更符合 SQL 习惯的方式来管理和查询数据。相较之下，Redis 虽然使用上完全称不上复杂，但以键值对为设计思想的存储模式，可能需要花费更多时间和精力去学习，但同样地，作为回报，Redis 也提供了更高的灵活性。

艾体宝高级工程师Eero认为，“就个人而言，我倾向于选择 Redis 来满足大多数需求。其高性能和灵活性使其在许多应用场景中相当有效。不过最终的选择，应该基于具体的应用需求和开发团队的技能组合。”

Redis

对于需要快速查询的临时数据存储，非常建议使用 Redis。Redis 能够提供对频繁访问的数据的快速响应，因此非常适合用作缓存或会话存储等场景。此外，Redis 内置了对发布-订阅（Pub/Sub）消息传递模式的支持（新发布的 Redis Stream 还在此基础上进一步做了改），其在实时应用程序或事件驱动架构中表现出众。Redis 还提供其它高级数据结构例如有序集合和列表，用于实现速率限制、任务队列与作业调度系统。最后，Redis 还能高效地对数据进行计数和汇总，也非常适用于跟踪排行榜数据或其他统计数据。

MongoDB

相比之下，MongoDB 适用于存储复杂的应用程序数据，尤其是大规模的数据集。其提供了更传统的数据库结构，同时支持无模式的存储，赋予了开发者相较于关系数据库更大的灵活性。MongoDB 能够有效地处理大量的写入和读取操作，常见的用例如内容管理系统或大规模的用户资料管理。

两者非此即彼吗？

恰恰相反。许多应用程序中，同时使用 Redis 和 MongoDB 是一种行之有效的策略。Redis 的高性能与 MongoDB 的长期存储能力相得益彰，得以显著优化数据库的整体性能，提高系统的可扩展性，并为应用程序提供更多的灵活性。

例如，Redis 的高速内存存储使其能够迅速捕获和处理实时数据流，非常适用于需要实时响应的场景。处理后的数据或结果，可以存储在 MongoDB 中，进行存档或用于更复杂的分析。该策略一方面能提高系统的响应速度，另一方面还能为数据的持久性和可扩展性提供额外的保障。

另一个常见的应用场景是跨 Redis 和 MongoDB 的混合数据模型。您可以利用 Redis 的键值存储来快速访问频繁使用的元数据，同时使用 MongoDB 处理更复杂的数据结构。如此，职责分明，Redis 提供低延迟的读取和写入操作，而 MongoDB 则处理复杂的查询和数据持久化。通过结合两种数据库的优点，进而构建一个既高效又灵活的系统，满足多种应用需求。

差异总结

	Redis	MongoDB
数据模型	基于键值的内存数据存储	永久性的文档数据库
扩展性	通过水平扩展、分片和分区数据，提供可扩展性	通过水平扩展、分片和分区数据，具有高度可扩展性
可用性	Redis Sentinel、Redis Cluster 或 Redis Enterprise 提供各层级高可用	默认情况下，自动进行失效转移
完整性	提供用于创建单个原子操作的命令，但对 ACID事务仅做到部分支持	内置对多文档ACID事务和回滚的支持
查询语言	使用自有的命令进行查询，主流语言客户端库支持	使用 MongoDB 查询语言（MQL）来查询和操作数据