Apache Cassandra數(shù)據(jù)庫的優(yōu)缺點有哪些

Apache Cassandra數(shù)據(jù)庫的優(yōu)缺點有哪些？

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本文將超越眾所周知的一些細節(jié)，探討與 Cassandra 相關的不太明顯的細節(jié)。您將檢查 Cassandra 數(shù)據(jù)模型、存儲模式設計、架構(gòu)，以及與 Cassandra 相關的潛在驚喜。

在數(shù)據(jù)庫歷史文章 “What Goes Around Comes Around”中，Michal Stonebraker 詳細描述了存儲技術是如何隨著時間的推移而發(fā)展的。實現(xiàn)關系模型之前，開發(fā)人員曾嘗試過其他模型，比如層次圖和有向圖。值得注意的是，基于 SQL 的關系模型（即使到現(xiàn)在也仍然是事實上的標準）已經(jīng)盛行了大約 30 年。鑒于計算機科學的短暫歷史及其快速發(fā)展的步伐，這是一項非凡的成就。關系模型建立已久，以至于許多年來，解決方案架構(gòu)師很容易為應用程序選擇數(shù)據(jù)存儲。他們的選擇總是關系數(shù)據(jù)庫。

諸如增加系統(tǒng)、移動設備、擴展的用戶在線狀態(tài)、云計算和多核系統(tǒng)的用戶群之類的開發(fā)已經(jīng)導致產(chǎn)生越來越多的大型系統(tǒng)。Google 和 Amazon 之類的高科技公司都是首批觸及規(guī)模問題的公司。他們很快就發(fā)現(xiàn)關系數(shù)據(jù)庫并不足以支持大型系統(tǒng)。

為了避免這些挑戰(zhàn)，Google 和 Amazon 提出了兩個可供選擇的解決方案：Big Table 和 Dynamo，他們可以由此放松關系數(shù)據(jù)模型提供的保證，從而實現(xiàn)更高的可擴展性。Eric Brewer 的 “CAP Theorem”后來官方化了這些觀察結(jié)果。它宣稱，對于可擴展性系統(tǒng)，一致性、可用性和分區(qū)容錯性都是權(quán)衡因素，因為根本不可能構(gòu)建包含所有這些屬性的系統(tǒng)。不久之后，根據(jù) Google 和 Amazon 早期的工作，以及所獲得的對可擴展性系統(tǒng)的理解，計劃創(chuàng)建一種新的存儲系統(tǒng)。這些系統(tǒng)被命名為 “NoSQL” 系統(tǒng)。該名稱最初的意思是 “如果想縮放就不要使用 SQL”，后來被重新定義為 “不只是 SQL”，意思是說，除了基于 SQL 的解決方案外，還有其他的解決方案。

有許多 NoSQL 系統(tǒng)，而且每一個系統(tǒng)都緩和或改變了關系模型的某些方面。值得注意的是，沒有一個 NoSQL 解決方案適用于所有的場景。每一個解決方案都優(yōu)于關系模型，且針對一些用例子集進行了縮放。我的早期文章 “在 Data Storage Haystack 中為您的應用程序?qū)ふ艺_的數(shù)據(jù)解決方案” 討論了如何使應用程序需求和 NoSQL 解決方案相匹配。

Apache Cassandra是其中一個最早也是最廣泛使用的 NoSQL 解決方案。本文詳細介紹了 Cassandra，并指出了一些首次使用 Cassandra 時不容易發(fā)現(xiàn)的細節(jié)和復雜之處。

Apache Cassandra

Cassandra 是一個 NoSQL 列族 (column family) 實現(xiàn)，使用由 Amazon Dynamo 引入的架構(gòu)方面的特性來支持 Big Table 數(shù)據(jù)模型。Cassandra 的一些優(yōu)勢如下所示：

高度可擴展性和高度可用性，沒有單點故障

NoSQL 列族實現(xiàn)

非常高的寫入吞吐量和良好的讀取吞吐量

類似 SQL 的查詢語言（從 0.8 起），并通過二級索引支持搜索

可調(diào)節(jié)的一致性和對復制的支持

靈活的模式

這些優(yōu)點很容易讓人們推薦使用 Cassandra，但是，對于開發(fā)人員來說，至關重要的一點是要深入探究 Cassandra 的細節(jié)和復雜之處，從而掌握該程序的復雜性。

什么是列？

列 有點用詞不當，使用名稱單元格 很可能更容易理解一些。我會堅持使用列，因為這是一種習慣用法。

Cassandra 數(shù)據(jù)模型包括列、行、列族和密鑰空間 (keyspace)。讓我們逐一進行詳細介紹它們。

?列：Cassandra 數(shù)據(jù)模型中最基本的單元，每一個列包括一個名稱、一個值和一個時間戳。在本文的討論中，我們忽略了時間戳，您可以將一個列表示為一個名稱值對（例如 author="Asimov"）。

?行：用一個名稱標記的列的集合。例如，清單 1 顯示了如何表示一個行：

清單 1. 行的示例

"Second Foundation"- {

author="Asimov",

publishedDate="..",

tag1="sci-fi", tag2="Asimov"

}

Cassandra 包括許多存儲節(jié)點，并且在單個存儲節(jié)點內(nèi)存儲每一個行。在每一行內(nèi)，Cassandra 總是存儲按照列名稱排序的列。使用這種排序順序，Cassandra 支持切片查詢，在該查詢中，給定了一個行，用戶可以檢索屬于給定的列名稱范圍內(nèi)的列的子集。例如，范圍 tag0 到 tag9999 內(nèi)的切片查詢會獲得所有名稱范圍在 tag0 和 tag9999 內(nèi)的列。

?列族：用一個名稱標記的行的集合。清單 2 顯示了樣例數(shù)據(jù)的可能形式：

清單 2. 列族示例

Books-{

"Foundation"-{author="Asimov", publishedDate=".."},

"Second Foundation"-{author="Asimov", publishedDate=".."},

…

}

人們常說列族就像是關系模型中的一個表格。如下例所示，相似點將不復存在。

?密鑰空間：許多列族共同形成的一個組。它只是列族的一個邏輯組合，并為名稱提供獨立的范圍。

最后，超級列位于一個列族中，該列族對一個密鑰下的多個列進行分組。正如開發(fā)人員不贊成使用超級列一樣，在此，我對此也不作任何討論。

Cassandra 與 RDBMS 數(shù)據(jù)模型

根據(jù)以上對 Cassandra 數(shù)據(jù)模型的描述，數(shù)據(jù)被放入每一個列族的二維 (2D) 空間中。要想在列族中檢索數(shù)據(jù)，用戶需要兩個密鑰：行名稱和列名稱。從這個意義上來說，盡管還存在多處至關重要的差異，關系模型和 Cassandra 仍然非常相似。

?關系列均勻分布在表中的所有行之間。數(shù)據(jù)項之間通常有明顯的縱向關系，但這種情況并不適用于 Cassandra 列。這就是 Cassandra 使用各個數(shù)據(jù)項（列）來存儲列名稱的原因。

?有了關系模型，2D 數(shù)據(jù)空間就完整了。2D 空間內(nèi)的每一個點至少應當擁有存儲在此處的 null 值。另外，這種情況不適用于 Cassandra，Cassandra 可以擁有只包括少數(shù)項的行，而其他行可以擁有數(shù)百萬個項。

?有了關系模型，就可以對模式進行預定義，而且在運行時不可以更改模式，而 Cassandra 允許用戶在運行時更改模式。

?Cassandra 始終存儲數(shù)據(jù)，這樣就可以根據(jù)其名稱對列進行排序。這使得使用切片查詢在列中搜索數(shù)據(jù)變得很容易，但在行中搜索數(shù)據(jù)變得很困難，除非您使用的是保序分區(qū)程序。

?另一個重要差異是，RDMBS 中的列名稱表示與數(shù)據(jù)有關的元數(shù)據(jù)，但絕不是數(shù)據(jù)。而在 Cassandra 中，列名稱可以包括數(shù)據(jù)。因此，Cassandra 行可以擁有數(shù)百萬個列，而關系模型通常只有數(shù)十個列。

?關系模型使用定義良好的不可變模式來支持復雜的查詢，這些查詢中包括 JOIN 和聚合等。使用關系模型，用戶無需擔心查詢就可定義數(shù)據(jù)模式。Cassandra 不支持 JOIN 和大多數(shù) SQL 搜索方法。因此，模式必須滿足應用程序的查詢要求。

nosql數(shù)據(jù)庫的幾大類型

1. 鍵值數(shù)據(jù)庫

相關產(chǎn)品：Redis、Riak、SimpleDB、Chordless、Scalaris、Memcached

應用：內(nèi)容緩存

優(yōu)點：擴展性好、靈活性好、大量寫操作時性能高

缺點：無法存儲結(jié)構(gòu)化信息、條件查詢效率較低

使用者：百度云（Redis）、GitHub（Riak）、BestBuy（Riak）、Twitter（Ridis和Memcached）

2. 列族數(shù)據(jù)庫

相關產(chǎn)品：BigTable、HBase、Cassandra、HadoopDB、GreenPlum、PNUTS

應用：分布式數(shù)據(jù)存儲與管理

優(yōu)點：查找速度快、可擴展性強、容易進行分布式擴展、復雜性低

使用者：Ebay（Cassandra）、Instagram（Cassandra）、NASA（Cassandra）、Facebook（HBase）

3. 文檔數(shù)據(jù)庫

相關產(chǎn)品：MongoDB、CouchDB、ThruDB、CloudKit、Perservere、Jackrabbit

應用：存儲、索引并管理面向文檔的數(shù)據(jù)或者類似的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

優(yōu)點：性能好、靈活性高、復雜性低、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靈活

缺點：缺乏統(tǒng)一的查詢語言

使用者：百度云數(shù)據(jù)庫（MongoDB）、SAP（MongoDB）

4. 圖形數(shù)據(jù)庫

圖形數(shù)據(jù)庫-使用圖作為數(shù)據(jù)模型來存儲數(shù)據(jù)。

相關產(chǎn)品：Neo4J、OrientDB、InfoGrid、GraphDB

應用：大量復雜、互連接、低結(jié)構(gòu)化的圖結(jié)構(gòu)場合，如社交網(wǎng)絡、推薦系統(tǒng)等

優(yōu)點：靈活性高、支持復雜的圖形算法、可用于構(gòu)建復雜的關系圖譜

缺點：復雜性高、只能支持一定的數(shù)據(jù)規(guī)模

使用者：Adobe（Neo4J）、Cisco（Neo4J）、T-Mobile（Neo4J）

有哪些nosql軟件能在windows平臺下運行

Membase Membase 是 NoSQL 家族的一個新的重量級的成員。Membase是開源項目，源代碼采用了Apache2.0的使用許可。該項目托管在GitHub.Source tarballs上，可以下載beta版本的Linux二進制包。該產(chǎn)品主要是由North Scale的memcached核心團隊成員開發(fā)完成，其中還包括Zynga和NHN這兩個主要貢獻者的工程師，這兩個組織都是很大的在線游戲和社區(qū)網(wǎng)絡空間的供應商。 Membase容易安裝、操作，可以從單節(jié)點方便的擴展到集群，而且為memcached（有線協(xié)議的兼容性）實現(xiàn)了即插即用功能，在應用方面為開發(fā)者和經(jīng)營者提供了一個比較低的門檻。做為緩存解決方案，Memcached已經(jīng)在不同類型的領域（特別是大容量的Web應用）有了廣泛的使用，其中 Memcached的部分基礎代碼被直接應用到了Membase服務器的前端。 通過兼容多種編程語言和框架，Membase具備了很好的復用性。在安裝和配置方面，Membase提供了有效的圖形化界面和編程接口，包括可配置 的告警信息。 Membase的目標是提供對外的線性擴展能力，包括為了增加集群容量，可以針對統(tǒng)一的節(jié)點進行復制。 另外，對存儲的數(shù)據(jù)進行再分配仍然是必要的。 這方面的一個有趣的特性是NoSQL解決方案所承諾的可預測的性能，類準確性的延遲和吞吐量。通過如下方式可以獲得上面提到的特性： ◆ 自動將在線數(shù)據(jù)遷移到低延遲的存儲介質(zhì)的技術（內(nèi)存，固態(tài)硬盤，磁盤） ◆ 可選的寫操作一一異步，同步（基于復制，持久化） ◆ 反向通道再平衡[未來考慮支持] ◆ 多線程低鎖爭用 ◆ 盡可能使用異步處理 ◆ 自動實現(xiàn)重復數(shù)據(jù)刪除 ◆ 動態(tài)再平衡現(xiàn)有集群 ◆ 通過把數(shù)據(jù)復制到多個集群單元和支持快速失敗轉(zhuǎn)移來提供系統(tǒng)的高可用性。 MongoDB MongoDB是一個介于關系數(shù)據(jù)庫和非關系數(shù)據(jù)庫之間的產(chǎn)品，是非關系數(shù)據(jù)庫當中功能最豐富，最像關系數(shù)據(jù)庫的。他支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常松散，是類似json的bjson格式，因此可以存儲比較復雜的數(shù)據(jù)類型。Mongo最大的特點是他支持的查詢語言非常強大，其語法有點類似于面向?qū)ο蟮牟樵冋Z言，幾乎可以實現(xiàn)類似關系數(shù)據(jù)庫單表查詢的絕大部分功能，而且還支持對數(shù)據(jù)建立索引。它的特點是高性能、易部署、易使用，存儲數(shù)據(jù)非常方便。 主要功能特性： ◆ 面向集合存儲，易存儲對象類型的數(shù)據(jù) “面向集合”（Collenction-Oriented），意思是數(shù)據(jù)被分組存儲在數(shù)據(jù)集中，被稱為一個集合（Collenction)。每個 集合在數(shù)據(jù)庫中都有一個唯一的標識名，并且可以包含無限數(shù)目的文檔。集合的概念類似關系型數(shù)據(jù)庫（RDBMS）里的表（table），不同的是它不需要定 義任何模式（schema)。 ◆ 模式自由 模式自由（schema-free)，意味著對于存儲在mongodb數(shù)據(jù)庫中的文件，我們不需要知道它的任何結(jié)構(gòu)定義。如果需要的話，你完全可以把不同結(jié)構(gòu)的文件存儲在同一個數(shù)據(jù)庫里。 ◆支持動態(tài)查詢 ◆支持完全索引，包含內(nèi)部對象 ◆支持查詢 ◆支持復制和故障恢復 ◆使用高效的二進制數(shù)據(jù)存儲，包括大型對象（如視頻等） ◆自動處理碎片，以支持云計算層次的擴展性 ◆支持RUBY，PYTHON，JAVA，C++，PHP等多種語言 ◆文件存儲格式為BSON（一種JSON的擴展） BSON（Binary Serialized document Format）存儲形式是指：存儲在集合中的文檔，被存儲為鍵-值對的形式。鍵用于唯一標識一個文檔，為字符串類型，而值則可以是各種復雜的文件類型。 ◆可通過網(wǎng)絡訪問 MongoDB服務端可運行在Linux、Windows或OS X平臺，支持32位和64位應用，默認端口為27017。推薦運行在64位平臺，因為MongoDB在32位模式運行時支持的最大文件尺寸為2GB。 MongoDB把數(shù)據(jù)存儲在文件中（默認路徑為：/data/db），為提高效率使用內(nèi)存映射文件進行管理。 Hypertable Hypertable是一個開源、高性能、可伸縮的數(shù)據(jù)庫，它采用與Google的Bigtable相似的模型。在過去數(shù)年中，Google為在PC集群 上運行的可伸縮計算基礎設施設計建造了三個關鍵部分。第一個關鍵的基礎設施是Google File System（GFS），這是一個高可用的文件系統(tǒng)，提供了一個全局的命名空間。它通過跨機器（和跨機架）的文件數(shù)據(jù)復制來達到高可用性，并因此免受傳統(tǒng) 文件存儲系統(tǒng)無法避免的許多失敗的影響，比如電源、內(nèi)存和網(wǎng)絡端口等失敗。第二個基礎設施是名為Map-Reduce的計算框架，它與GFS緊密協(xié)作，幫 助處理收集到的海量數(shù)據(jù)。第三個基礎設施是Bigtable，它是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的替代。Bigtable讓你可以通過一些主鍵來組織海量數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)高效的 查詢。Hypertable是Bigtable的一個開源實現(xiàn)，并且根據(jù)我們的想法進行了一些改進。 Apache Cassandra Apache Cassandra是一套開源分布式Key-Value存儲系統(tǒng)。它最初由Facebook開發(fā)，用于儲存特別大的數(shù)據(jù)。Facebook在使用此系統(tǒng)。 主要特性： ◆ 分布式 ◆ 基于column的結(jié)構(gòu)化 ◆ 高伸展性 Cassandra的主要特點就是它不是一個數(shù)據(jù)庫，而是由一堆數(shù)據(jù)庫節(jié)點共同構(gòu)成的一個分布式網(wǎng)絡服務，對Cassandra 的一個寫操作，會被復制到其他節(jié)點上去，對Cassandra的讀操作，也會被路由到某個節(jié)點上面去讀取。對于一個Cassandra群集來說，擴展性能 是比較簡單的事情，只管在群集里面添加節(jié)點就可以了。 Cassandra是一個混合型的非關系的數(shù)據(jù)庫，類似于Google的BigTable。其主要功能比 Dynomite（分布式的Key-Value存 儲系統(tǒng)）更豐富，但支持度卻不如文檔存儲MongoDB（介于關系數(shù)據(jù)庫和非關系數(shù)據(jù)庫之間的開源產(chǎn)品，是非關系數(shù)據(jù)庫當中功能最豐富，最像關系數(shù)據(jù)庫 的。Cassandra最初由Facebook開發(fā)，后轉(zhuǎn)變成了開源項目。它是一個網(wǎng)絡社交云計算方面理想的數(shù)據(jù)庫。以Amazon專有的完全分布式的Dynamo為基礎，結(jié)合了Google BigTable基于列族（Column Family）的數(shù)據(jù)模型。P2P去中心化的存儲。很多方面都可以稱之為Dynamo 2.0。 CouchDB 所用語言： Erlang 特點：DB一致性，易于使用 使用許可： Apache 協(xié)議： HTTP/REST 雙向數(shù)據(jù)復制，持續(xù)進行或臨時處理，處理時帶沖突檢查，因此，采用的是master-master復制 MVCC – 寫操作不阻塞讀操作 可保存文件之前的版本 Crash-only（可靠的）設計 需要不時地進行數(shù)據(jù)壓縮 視圖：嵌入式 映射/減少 格式化視圖：列表顯示 支持進行服務器端文檔驗證 支持認證 根據(jù)變化實時更新 支持附件處理 因此， CouchApps（獨立的 js應用程序） 需要 jQuery程序庫 最佳應用場景：適用于數(shù)據(jù)變化較少，執(zhí)行預定義查詢，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計的應用程序。適用于需要提供數(shù)據(jù)版本支持的應用程序。 例如：CRM、CMS系統(tǒng)。 master-master復制對于多站點部署是非常有用的。 和其他數(shù)據(jù)庫比較，其突出特點是： ◆ 模式靈活 ：使用Cassandra，像文檔存儲，你不必提前解決記錄中的字段。你可以在系統(tǒng)運行時隨意的添加或移除字段。這是一個驚人的效率提升，特別是在大型部 署上。 ◆ 真正的可擴展性 ：Cassandra是純粹意義上的水平擴展。為給集群添加更多容量，可以指向另一臺電腦。你不必重啟任何進程，改變應用查詢，或手動遷移任何數(shù)據(jù)。 ◆ 多數(shù)據(jù)中心識別 ：你可以調(diào)整你的節(jié)點布局來避免某一個數(shù)據(jù)中心起火，一個備用的數(shù)據(jù)中心將至少有每條記錄的完全復制。 ◆ 范圍查詢 ：如果你不喜歡全部的鍵值查詢，則可以設置鍵的范圍來查詢。 ◆ 列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ：在混合模式可以將超級列添加到5維。對于每個用戶的索引，這是非常方便的。 ◆ 分布式寫操作 ：有可以在任何地方任何時間集中讀或?qū)懭魏螖?shù)據(jù)。并且不會有任何單點失敗。 問度娘，啥都有。

新聞名稱：nosql列族,nosql 列存儲
標題來源：http://jinyejixie.com/article12/dssoggc.html

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