基于MongoDB構建的非關系型存儲中醫養生知識庫研究

齊帥彬 胡晨駿 胡孔法

摘 要：文章通過對關系型數據庫目前出現的問題和NoSQL數據庫的特點的分析，研究了MongoDB數據庫的特性，試圖建立一個基于MongoDB數據庫的非關系型存儲中醫養生知識庫，以便使用者通過網頁或移動媒體更加高效、動態地查找和獲取中醫養生知識。

關鍵詞：MongoDB；NoSQL；中醫養生；知識庫

在當今時代，人們對健康養生日益重視，中國傳統中醫藥養生更是成為了人們養生保健的首選方式。屠呦呦因青蒿素獲得諾貝爾獎將中國傳統中醫藥的神奇展示于國際舞臺，她在頒獎典禮的演講上提到“中國醫藥學是一個偉大寶庫，應當努力發掘，加以提高。”傳統中醫藥越來越以她獨特的魅力和療效得到海內外各界人士的普遍關注和認可。而構建體系結構完善合理的中醫養生知識庫對中醫事業的發展起著至關重要的推動作用。

本文試圖探討構建的中醫養生知識庫是以中醫養生保健為目的，對中醫養生理論基礎、方法和應用以一定的組織結構進行存儲的數據集合。使用者可通過網頁或移動媒體在此知識庫上查找和獲取中醫養生知識。目前，各大機構和院校都致力于構建合理、全面的中醫養生知識庫，已建成大量基于關系型存儲的不同領域的知識庫。隨著Web2.0的興起，傳統的關系型數據庫因自身局限面臨挑戰，而NoSQL以它的結構簡單愈來愈顯現出優勢，本文將以MongoDB數據庫為例對構建非關系型存儲中醫養生數據庫作出研究和探討。

1 關系型數據庫的局限以及NoSQL的崛起

1.1 關系型數據庫的局限

隨著Web2.0的興起，很多大型網站用到的關系型數據庫逐漸暴露出很多自身難以克服的缺點，主要有如下幾項：（1）擴展性和可用性不高。隨著數據量越來越大，關系型數據庫無法通過添加更多的硬件和服務節點來擴展性能和負載能力，它只能把數據縱向擴展，造成數據庫的高負載，最后可能導致數據庫的崩潰。（2）數據結構變更困難。由于表之間存在關聯性，為數據做新建索引和數據結構的變更存在困難。（3）并發負載高。由于海量的用戶動態數據，數據庫的并發負載非常高，往往每秒達到上萬次讀/寫請求。因此關系型數據庫面臨海量數據的高效率存儲、訪問和高并發讀/寫問題。（4）多表關聯和讀/寫實時性功能的忽略。多表關聯查詢和讀/寫實時性是關系型數據庫最突出的特征，然而對于目前的很多網站而言，這2個功能發揮不出它的作用。

1.2 NoSQL的崛起

NoSQL目前普遍的定義是Not Only SQL，即不僅僅是SQL，是對非關系型數據存儲的廣義定義。相比較于關系型數據庫而言，NoSQL的優勢有以下幾點：（1）數據庫表之間沒有關系性，這樣數據的存儲就非常易于擴展。具有良好的讀/寫和查詢性能。（2）NoSQL不需要提前為要存儲的數據建立字段。（3）NoSQL可以在不太影響性能的情況下，非常方便地實現高可用性的架構。

2 MongoDB數據庫的特點

MongoDB作為目前使用最廣泛的NoSQL數據庫，它在具備NoSQL數據庫的基本特性的同時也具備了它本身的特有個性。主要有如下幾點：（1）文檔性。MongoDB是一個面向集合的、模式自由的文檔型數據庫，它支持的數據結構非常自由，類似于JSON的BSON格式，可以存儲結構非常復雜的數據。它采用高效的二進制數據存儲，可以將視頻、圖片等大型對象轉換成二進制的數據存儲到數據庫中。（2）查詢效率高。MongoDB具有完整的索引支持和查詢功能。它是NoSQL數據庫中最像關系型數據庫的，它保留了SQL中的“索引”這一友好特性，不僅可以對內嵌文檔創建索引，還可以對內嵌文檔中的數組創建索引。MongoDB的查詢指令使用JSON形式，使查詢表達式變得非常豐富。由于MongoDB數據庫結構非常簡單，免去了表與表之間的關聯查詢，因而MongoDB的數據查詢效率和并發讀/寫性能相比于關系型數據有較大優勢。（3）擴展性。MongoDB是一種分布式數據庫，當實時數據量非常大的時候，MongoDB采用Sharing技術（自動分片技術）將數據水平擴展至不同節點，可動態的添加額外的硬件和服務節點，很好地解決了關系型數據庫無法橫向擴展的問題。（4）復制及自動故障轉移。MongoDB數據庫支持服務器之間的數據復制，支持主-從模式及服務器之間的相互復制。

3 基于MongoDB的非關系型中醫養生知識庫結構設計

在MongoDB數據庫中，數據的邏輯結構被分為3個層次：文檔（Document）、集合（Collection）和數據庫（Database），文檔相當于關系型數據庫中的一行記錄，多個文檔組成一個集合相當于數據庫中的表，多個集合邏輯上組織在一起就是數據庫。

本文研究的中醫養生知識庫在集合與數據庫這2個層次上的結構關系如圖1所示。

至于在集合和文檔這2個層次的存儲結構，本文以中醫養生方法（Collection1）中的飲食起居養生為例列出該集合在數據庫中的存儲結構如圖2所示。

“飲食養生”這一集合的具體的BSON格式數據如圖3所示。通過上文的分析，本文可以看到已采用MongoDB實現的非關系型存儲的中醫養生知識庫有如下幾個優勢：（1）數據存儲易于水平擴展。由于MongoDB數據庫的本身特性，即文檔可以內嵌文檔，使得數據的水平擴展非常容易實現，并且這樣的分節點掛載方式使得服務器的負載大大減小。

（2）查詢效率高。中醫養生知識庫的需要解決的主要問題是針對高并發的數據查詢功能，MongoDB數據庫在這方面具有獨特的優勢。（3）數據文檔型存儲。中醫養生知識基本都以文本形式保存，MongoDB數據庫對數據的文檔型存儲與這一特點恰好吻合。（4）并發讀/寫性能良好。NoSQL數據庫在應對高并發讀/寫上性能優于關系型數據庫。（5）數據庫復制及自動故障轉移。MongoDB數據庫本身的這一特性為中醫養生知識庫的安全性提供了保障。

4 存在的挑戰

（1）NoSQL技術目前發展的不夠成熟。（2）MongoDB對CPU的占有率太大，且MongoDB數據庫對內存的要求比較高。（3）目前MongoDB對每個數據文件的最大數據容量為2G，當訪問量達到一定限制后數據庫的并發處理性能就會下降。

5 未來的展望

隨著該中醫養生知識庫的不斷充實和發展，不僅可以把古今醫學名家所著的各類中醫養生經典名著整理存入數據庫，還可以將各類醫案信息和通過可穿戴設備實時獲取的如睡眠、血壓、脈搏等健康數據存入數據庫，通過對大量數據的分析和挖掘可得出對于某些疾病的防治措施，之后將中醫養生健康建議及時反饋給用戶，從而提高人們的身體健康水平。

6 結語

隨著現在大數據的發展，數據指數型增長的趨勢已勢不可擋，通過上文對NoSQL以及MongoDB數據庫的分析可以看出MongoDB在構建中醫養生知識庫具有一定優勢和前瞻性。

MongoDB數據庫構建的NoSQL型中醫養生知識庫在并發讀寫，對海量數據的高效率存儲和訪問，對數據庫的高可擴展性和高可用性存在無可比擬的優勢，而且對于Web2.0網站來說，關系型數據庫的很多主要特性都發揮不出作用。因此，構建非關系型存儲的中醫養生知識庫在提高存儲和查找性能上相比于關系型數據庫有一定優勢，對于中醫藥事業的發展有積極意義。

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Study on Building a Non-Relational Storage for Health Preservation of Traditional Chinese Medicine Knowledge Based on Mongodb Database

Qi Shuaibin， Hu Chenjun*， Hu Kongfa

（College of Information Technology， Nanjing University of Chinese Medicine， Nanjing 210029， China）

Abstract： This research was to study the characteristics of the MongoDB Database by the current problems on Relational Database and the analysis on the features of NoSQL Database. We try to build a non-relational storage for health preservation of Traditional Chinese Medicine knowledge based on MongoDB Database. The research makes it convenience for users to obtain the knowledge of keeping good health by Traditional Chinese Medicine more dynamically.

Key words： MongoDB； NoSQL； regimen of traditional chinese medicine repository； knowledge database