京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
大数据存取的选择:行存储还是列存储
上个月参加了一个云存储的技术讨论会。这一个月里,陆续收到几位同学讨论大数据保存和处理的邮件。今天是周末,索性把这个月的交流内容整理写下来,供各位参考。
目前大数据存储有两种方案可供选择:行存储和列存储。业界对两种存储方案有很多争持,集中焦点是:谁能够更有效地处理海量数据,且兼顾安全、可靠、完整性。从目前发展情况看,关系数据库已经不适应这种巨大的存储量和计算要求,基本是淘汰出局。在已知的几种大数据处理软件中,Hadoop的HBase采用列存储,MongoDB是文档型的行存储,Lexst是二进制型的行存储。在这里,我不讨论这些软件的技术和优缺点,只围绕机械磁盘的物理特质,分析行存储和列存储的存储特点,以及由此产生的一些问题和解决办法。
一.结构布局
行存储数据排列
列存储数据排列
表格的灰色背景部分表示行列结构,白色背景部分表示数据的物理分布,两种存储的数据都是从上至下,从左向右的排列。行是列的组合,行存储以一行记录为单位,列存储以列数据集合单位,或称列族(column family)。行存储的读写过程是一致的,都是从第一列开始,到最后一列结束。列存储的读取是列数据集中的一段或者全部数据,写入时,一行记录被拆分为多列,每一列数据追加到对应列的末尾处。
二. 对比
从上面表格可以看出,行存储的写入是一次完成。如果这种写入建立在操作系统的文件系统上,可以保证写入过程的成功或者失败,数据的完整性因此可以确定。列存储由于需要把一行记录拆分成单列保存,写入次数明显比行存储多,再加上磁头需要在盘片上移动和定位花费的时间,实际时间消耗会更大。所以,行存储在写入上占有很大的优势。
还有数据修改,这实际也是一次写入过程。不同的是,数据修改是对磁盘上的记录做删除标记。行存储是在指定位置写入一次,列存储是将磁盘定位到多个列上分别写入,这个过程仍是行存储的列数倍。所以,数据修改也是以行存储占优。 数据读取时,行存储通常将一行数据完全读出,如果只需要其中几列数据的情况,就会存在冗余列,出于缩短处理时间的考量,消除冗余列的过程通常是在内存中进行的。列存储每次读取的数据是集合的一段或者全部,如果读取多列时,就需要移动磁头,再次定位到下一列的位置继续读取。 再谈两种存储的数据分布。由于列存储的每一列数据类型是同质的,不存在二义性问题。比如说某列数据类型为整型(int),那么它的数据集合一定是整型数据。这种情况使数据解析变得十分容易。相比之下,行存储则要复杂得多,因为在一行记录中保存了多种类型的数据,数据解析需要在多种数据类型之间频繁转换,这个操作很消耗CPU,增加了解析的时间。所以,列存储的解析过程更有利于分析大数据。
三. 优化
显而易见,两种存储格式都有各自的优缺点:行存储的写入是一次性完成,消耗的时间比列存储少,并且能够保证数据的完整性,缺点是数据读取过程中会产生冗余数据,如果只有少量数据,此影响可以忽略;数量大可能会影响到数据的处理效率。列存储在写入效率、保证数据完整性上都不如行存储,它的优势是在读取过程,不会产生冗余数据,这对数据完整性要求不高的大数据处理领域,比如互联网,犹为重要。
改进集中在两方面:行存储读取过程中避免产生冗余数据,列存储提高读写效率。
如何改进它们的缺点,并保证优点呢?
行存储的改进:减少冗余数据首先是用户在定义数据时避免冗余列的产生;其次是优化数据存储记录结构,保证从磁盘读出的数据进入内存后,能够被快速分解,消除冗余列。要知道,目前市场上即使最低端CPU和内存的速度也比机械磁盘快上100-1000倍。如果用上高端的硬件配置,这个处理过程还要更快。
列存储的两点改进:1.在计算机上安装多块硬盘,以多线程并行的方式读写它们。多块硬盘并行工作可以减少磁盘读写竞用,这种方式对提高处理效率优势十分明显。缺点是需要更多的硬盘,这会增加投入成本,在大规模数据处理应用中是不小的数目,运营商需要认真考虑这个问题。2.对写过程中的数据完整性问题,可考虑在写入过程中加入类似关系数据库的“回滚”机制,当某一列发生写入失败时,此前写入的数据全部失效,同时加入散列码校验,进一步保证数据完整性。
这两种存储方案还有一个共同改进的地方:频繁的小量的数据写入对磁盘影响很大,更好的解决办法是将数据在内存中暂时保存并整理,达到一定数量后,一次性写入磁盘,这样消耗时间更少一些。目前机械磁盘的写入速度在20M-50M/秒之间,能够以批量的方式写入磁盘,效果也是不错的。
四. 总结
两种存储格式各自的特性都决定了它们不可能是完美的解决方案。 如果首要考虑是数据的完整性和可靠性,那么行存储是不二选择,列存储只有在增加磁盘并改进软件设计后才能接近这样的目标。如果以保存数据为主,行存储的写入性能比列存储高很多。在需要频繁读取单列集合数据的应用中,列存储是最合适的。如果每次读取多列,两个方案可酌情选择:采用行存储时,设计中应考虑减少或避免冗余列;若采用列存储方案,为保证读写入效率,每列数据尽可能分别保存到不同的磁盘上,多个线程并行读写各自的数据,这样避免了磁盘竞用的同时也提高了处理效率。 无论选择哪种方案,将同内容数据聚凑在一起都是必须的,这是减少磁头在磁盘上的移动,提高数据读取时间的有效办法。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
“2026年考什么证含金量高”这个问题,很难用一张榜单回答。同一本证书,对想进会计师事务所的人有价值,对想做行政的人可能用处 ...
2026-10-29一、Tableau 做地图的优势 在所有 BI 工具里,Tableau 的地图能力是第一梯队的。它内置了全球行政区划地理数据库,只要你的数据 ...
2026-10-29一、问题场景:为什么 Excel 自带直方图不支持多组 做数据分析时,经常需要把两组数据的分布放在同一张图里对比——比如"实验组 ...
2026-10-29当下,我们已然步入数据要素价值全面释放的智能时代。数据不再只是零散的数字记录,更是驱动新质生产力运转的核心动能、滋养人工 ...
2026-10-29一、RFM模型概述 RFM模型是由 George Cullinan 提出、营销领域公认的经典客户价值细分模型,依托客户交易行为数据,从三个核心维 ...
2026-10-28“不用学历可以考的资格证”这个说法,实际混着两类情况:一类是证书本身对学历没有硬性要求,报名时只看年龄、身份或培训经历; ...
2026-10-2837岁考什么证,先别急着看“女生适合考什么”的榜单。这个年龄处在职业中期,优势是已有工作经验和行业理解,约束是时间精力有限 ...
2026-10-28一、卡方分布是什么 卡方分布(Chi-square Distribution,χ²分布)是统计学中一种常用的概率分布,它和正态分布、t分布一样, ...
2026-10-28职业证书的作用不能一概而论。它既不是“考了就能找到好工作”的通行证,也不是“花钱买张纸”的摆设。真正决定一张证书有多大用 ...
2026-10-28产品岗没有统一的法定准入证书,招聘时也很少把某张证书写成硬性门槛。所以“真正有用”不能看广告里的名头,而要看三件事:它对 ...
2026-10-28“一般可以考什么证书”很难给出一份通用榜单。同为“证书”,有的是法律规定的准入资格,无证不能上岗;有的是职称评聘参考;有 ...
2026-10-28“现在大学生要什么证书好”,这个问题没有统一答案。同一张证书,对想进银行的学生可能是加分项,对准备考公的学生可能完全用不 ...
2026-10-28“十大证书含金量最高”这类榜单,最大的问题不是排名不准,而是没有交代排名依据。准入类和加分类混在一起排,高壁垒的和低门槛 ...
2026-10-28“什么证容易考且有用”,这个问题本身藏着一个容易踩的坑:把“容易考”和“有用”当成两个独立打分项,各找几个高分证书拼在一 ...
2026-10-28想考一个证书,第一步不是买教材,而是先确认它属于哪一类证书、由谁发证、在哪里报名。考取证书的通用流程可以概括为六步:确定 ...
2026-10-28“女生考什么证”这个问题,网上常见的答案是“教师资格证、会计证、普通话证”,理由往往是“稳定”“适合女孩子”。这类回答的 ...
2026-10-28“女的考什么证书比较实用”这个问题,本身藏着一个容易走偏的前提:把性别当成筛选证书的依据。证书不认性别,岗位也不按性别分 ...
2026-10-28“哪些考试含金量高”这个问题,很难有一张适合所有人的总榜。同一个考试,对想进医院的人和对想做运营的人,价值完全不同。含金 ...
2026-10-28“国家认可的技能证书”日常被用得很宽:有人指职业资格,有人指职业技能等级,也有人把培训结业证、企业认证一并算入。口径不统 ...
2026-10-28工作后考市场营销证书,容易陷入两种极端:要么被“高薪就业”“行业必备”的宣传推着走,要么觉得证书都没用、不如攒经验。更实 ...
2026-10-28