大数据时代非关系型数据库教学和实验改革探索

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1、大数据时代非关系型数据库教学和实验改革探索　　摘要：分析了大数据时代数据库系统新技术和需求的迫切性，从多个方面比较了传统的关系型数据库和非关系型数据库的差异，针对关系型数据库存在的问题及缺陷，提出了使用非关系型数据库的必要性。给出了非关系型数据库课程理论和实验教学内容，并结合实例描述了非关系型数据库的用法。引入非关系型数据库的教学必能极大地增强大数据时代的信息化人才培养的力度，带来较好的经济效益和社会效益。关键词：非关系型数据库；无模式；聚合结构；实验教学；云计算中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）31-7046-035云计算是

2、现阶段计算机技术和网络技术发展的必然结果，是当今信息领域的重大变革，是解决信息时代大用户、大数据和大系统挑战的切实可行的方案[1]。当今世界发达国家或地区如美国、欧洲、日本等都是政府牵头推动云计算的发展，而中国政府的“十二五”规划中将云计算作为重点发展项目[2]，并鼓励企业推广开发应用，目前已获得了最大的经济效益和社会影响力。因此云计算是新一代信息技术的主流，在云计算的基础上可衍生出云制造、云服务及云媒体等技术。现代企业的市场竞争日趋激烈，所面对的用户数量和业务数据量与日激增，其业务系统日并发访问管理、海量数据的存储、复杂的系统架构等问题给企业带来了最大的管理压力，其

3、开发成本也激烈上升，而物联网、移动互联网快速发展增加了这一趋势。在诸多问题中，海量数据库的设计、存储和访问显得尤为突出。而传统的关系型数据库在处理集群环境下的海量数据时已没有非关系型数据库那样优势明显和灵活，实际上使用非关系型数据库能构建性能更高、扩展性更好及更易编程的web系统。因此在大数据时代下，数据库课程教学必须引入非关系型数据库的教学内容，其教学课时比重应与关系型数据库相当（48课时），这是当今用户业务系统的迫切需求和云计算技术发展对此类信息化人才大量需求的必然结果，也是目前高校实施信息化卓越工程师的重点解决方案[3]。1大数据时代非关系型数据库课程理论教学设

4、计5以解决集群环境下的海量数据库的设计、存储和查询为目的的非关系型数据库在教学时可以参照关系型数据库的课程体系和教学方法[4]。以关系型数据库教学的主要内容包括关系理论、关系代数、规范化设计、SQL应用、储存过程、函数、触发器、事务与并发性、安全性及高级语言的开发等。与关系型数据库相比，非关系型数据库没有复杂的关系特性和严格的范式设计，更具灵活性，两者的比较如表1所示。从表1可以得出，在大数据时代主要解决了数据库的并发负载问题、海量数据存储问题、高可扩展性与高可用性问题、读写实时性问题以及开发与维护成本问题。由非关系型数据库的特点，设计的理论教学内容如下：1）非关系型

5、数据库的基本概念主要包括该数据库的组成、分类、特征及作用、逻辑结构、集合、文档、键值对、聚合；课内教学大约占4课时。2）非关系型数据库建模与关系型数据库的ER模型不同，非关系型数据库集合之间主要采用聚合结构，因为聚合使得在集群中管理数据存储更为方便，当然设计的聚合模型会因人而异，图1是某CRM系统销售模块的数据库ER模型，而图2是其对应的非关系型数据库的聚合模型。这部分内容是重点，课内教学大约占8课时。5）非关系型数据库的管理主要包括用户的创建、授权机制；索引创建与维护；数据备份与恢复；事务及并发性等，这里的事务主要指一致性，海量存储中是靠很多节点来执行数据操作的，具

6、有较好的事务一致性，要做的仅仅是在网络延迟与一致性之间取得平衡[5]。课内教学大约占4课时。6）非关系型数据库系统网络架构5主要包括集群环境下复制集、分片技术的原理及由复制集加分片技术共同构建项目开发环境，可实现数据海量存储和高可用性需求，课内教学大约占4课时。7）非关系型数据库的实例开发主要内容包括使用Java或C#语言实现一个非关系型数据库小型系统的设计与实现，与开发关系型数据库使用JDBC或ADO.NET组件不同，非关系型数据库的开发使用专门的API接口，该接口简单易学易用。课内教学大约占6课时。因此该课程的课内理论总课时为38，不足的部分学生可利用课外时间补充

7、与完善所学知识点。2大数据时代非关系型数据库课程实验项目设计该课程的实验设计依据是按照大数据时代下的信息系统的开发应用为前提。学生要能单独设计无模式的数据模型，进行文档对象的CRUD操作，掌握集群环境下的复制与分片技术，并能通过某种高级语言开发非关系型数据库。设计实验5个，每个实验2学时，共10学时。如表2所示。3结束语5高校作为先进信息技术研究、教学的最前端，应适应当今信息技术的快速发展，与时俱进。与其对应的课程应做出相应的改革和调整。关系型数据库作为传统的数据库课程一直占据信息化系列课程的主导地位，数十年没有动摇。但随着大数据时代的来临，非关系型