Datomic 數據庫詳細介紹
Datomic 是一個由 Rich Hickey（Clojure 語言創始人）設計的 不可變、時間感知、分布式數據庫，專為現代應用程序設計，強調 數據不變性（immutability）、查詢靈活性和可審計性。它結合了 關系數據庫的查詢能力、文檔數據庫的靈活性、圖數據庫的關聯能力，同時引入了 時間旅行（time travel） 和 事件溯源（event sourcing） 的概念。
1. Datomic 的核心特性
(1) 不可變數據模型（Immutable Data）
- 所有數據一旦寫入 不可修改，只能追加（append-only）。
- 任何變更都會生成新的 數據點（datom），保留完整歷史記錄。
- 類似于 Git 的版本控制，可以查詢任意時間點的數據狀態。
(2) 時間感知（Time Travel）
- 每個數據變更都帶有 時間戳（transaction time）。
- 可以查詢 過去某個時刻的數據庫狀態（類似
AS OF查詢）。 - 適用于 審計、回滾、數據分析 等場景。
(3) 基于 Datalog 的查詢語言
- 使用 Datalog（類似 Prolog 的邏輯查詢語言）進行查詢。
- 比 SQL 更靈活，支持遞歸查詢、規則定義等。
- 示例查詢：
(d/q '[:find ?name:where[?e :user/name ?name][?e :user/age ?age][(> ?age 30)]]db)
(4) 分布式架構
- 分離計算與存儲：
- Peer（應用層）負責查詢和事務邏輯。
- Transactor（事務協調器）處理寫入。
- Storage Service（存儲后端）可以是 DynamoDB、PostgreSQL、Cassandra 等。
- 支持 水平擴展（讀擴展），但寫入由單個 Transactor 處理（類似單寫多讀）。
(5) Schema-on-Read（讀取時模式）
- 不需要預先定義嚴格的表結構，可以動態添加屬性。
- 類似于 NoSQL，但支持強類型（
:db/valueType可以是:string、:long、:ref等）。
2. Datomic 的數據模型
Datomic 的數據模型由 Datoms（四元組）構成：
[EntityID, Attribute, Value, TransactionID, Added?]
- EntityID：唯一標識實體（類似主鍵）。
- Attribute：屬性（如
:user/name）。 - Value：屬性值（如
"Alice"）。 - TransactionID：事務 ID（時間戳）。
- Added?：
true（新增）或false（刪除）。
示例 Datom
[123 :user/name "Alice" 456 true] ;; 事務 456 添加了用戶 123 的名字 "Alice"
3. Datomic 的架構
Datomic 采用 三層架構：
- Peer（客戶端）：
- 運行在應用進程內（如 JVM）。
- 負責查詢、緩存、部分計算。
- Transactor（事務處理器）：
- 單點寫入（類似 Kafka 的 leader）。
- 確保 ACID 事務。
- Storage Service（存儲后端）：
- 可以是 DynamoDB、PostgreSQL、Cassandra 等。
- 存儲 Datoms 和索引。
4. Datomic 的查詢（Datalog）
Datomic 使用 Datalog 查詢，比 SQL 更靈活：
基本查詢
(d/q '[:find ?name ?age:where[?e :user/name ?name][?e :user/age ?age]]db)
規則（Rules）
(d/q '[:find ?ancestor:in $ % :where(parent ?p ?c)(parent ?ancestor ?p)]db'[[(parent ?a ?b)[?a :person/parent ?b]]])
5. Datomic 的事務
事務通過 Transactor 提交，返回 事務報告（TxReport）：
(d/transact conn [{:db/id "temp-id":user/name "Bob":user/age 35}])
- 每個事務生成一個 TxID（可用于時間查詢）。
- 支持 CAS（Compare-and-Swap） 操作。
6. Datomic 的適用場景
- 審計與合規（完整歷史記錄）。
- 事件溯源（Event Sourcing）（如金融、醫療）。
- 復雜查詢（圖查詢、遞歸查詢）。
- 微服務架構（分離讀寫，避免 ORM）。
7. Datomic 的局限性
- 寫入擴展性：Transactor 是單點（寫入吞吐受限）。
- 成本：商業版較貴（云版按查詢收費）。
- 學習曲線：Datalog 和不可變模型需要適應。
8. Datomic vs. 其他數據庫
| 特性 | Datomic | SQL 數據庫 | MongoDB | Neo4j |
|---|---|---|---|---|
| 數據模型 | 不可變 Datoms | 表+行 | JSON 文檔 | 圖（節點+邊） |
| 查詢語言 | Datalog | SQL | MQL | Cypher |
| 歷史查詢 | ? 支持 | ? 有限 | ? 有限 | ? 有限 |
| 擴展性 | 讀擴展 | 讀寫擴展 | 讀寫擴展 | 讀擴展 |
9. Datomic 的替代方案
- XTDB（開源，類似 Datomic）。
- Crux（開源，支持 SQL 和 Datalog）。
- DuckDB（嵌入式 OLAP，適合分析）。
10. 總結
Datomic 是一個 革命性的數據庫，特別適合：
- 需要完整歷史記錄的應用（如金融、法律）。
- 復雜查詢場景（圖、遞歸）。
- Clojure 生態（原生集成）。
但它的 寫入擴展性和商業成本 可能限制某些場景。如果需要一個 開源替代品，可以考慮 XTDB 或 Crux。
參考資料
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