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

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

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本文將超越眾所周知的一些細(xì)節(jié),探討與 Cassandra 相關(guān)的不太明顯的細(xì)節(jié)。您將檢查 Cassandra 數(shù)據(jù)模型、存儲模式設(shè)計(jì)、架構(gòu),以及與 Cassandra 相關(guān)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(xì)描述了存儲技術(shù)是如何隨著時(shí)間的推移而發(fā)展的。實(shí)現(xiàn)關(guān)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(guān)系模型(即使到現(xiàn)在也仍然是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn))已經(jīng)盛行了大約 30 年。鑒于計(jì)算機(jī)科學(xué)的短暫歷史及其快速發(fā)展的步伐,這是一項(xiàng)非凡的成就。關(guān)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(yīng)用程序選擇數(shù)據(jù)存儲。他們的選擇總是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

諸如增加系統(tǒng)、移動設(shè)備、擴(kuò)展的用戶在線狀態(tài)、云計(jì)算和多核系統(tǒng)的用戶群之類的開發(fā)已經(jīng)導(dǎo)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(guān)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(gè)可供選擇的解決方案:Big Table 和 Dynamo,他們可以由此放松關(guān)系數(shù)據(jù)模型提供的保證,從而實(shí)現(xiàn)更高的可擴(kuò)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(kuò)展性系統(tǒng),一致性、可用性和分區(qū)容錯(cuò)性都是權(quán)衡因素,因?yàn)楦静豢赡軜?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(kuò)展性系統(tǒng)的理解,計(jì)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(gè)系統(tǒng)都緩和或改變了關(guān)系模型的某些方面。值得注意的是,沒有一個(gè) NoSQL 解決方案適用于所有的場景。每一個(gè)解決方案都優(yōu)于關(guān)系模型,且針對一些用例子集進(jìn)行了縮放。我的早期文章 “在 Data Storage Haystack 中為您的應(yīng)用程序?qū)ふ艺_的數(shù)據(jù)解決方案” 討論了如何使應(yīng)用程序需求和 NoSQL 解決方案相匹配。

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

Apache Cassandra

Cassandra 是一個(gè) NoSQL 列族 (column family) 實(shí)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(kuò)展性和高度可用性,沒有單點(diǎn)故障

NoSQL 列族實(shí)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(fù)制的支持

靈活的模式

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

什么是列?

列 有點(diǎn)用詞不當(dāng),使用名稱單元格 很可能更容易理解一些。我會堅(jiān)持使用列,因?yàn)檫@是一種習(xí)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(jìn)行詳細(xì)介紹它們。

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

?行:用一個(gè)名稱標(biāo)記的列的集合。例如,清單 1 顯示了如何表示一個(gè)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(diǎn),并且在單個(gè)存儲節(jié)點(diǎn)內(nèi)存儲每一個(gè)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(gè)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(gè)名稱標(biāo)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(guān)系模型中的一個(gè)表格。如下例所示,相似點(diǎn)將不復(fù)存在。

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

最后,超級列位于一個(gè)列族中,該列族對一個(gè)密鑰下的多個(gè)列進(jìn)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(gè)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(gè)密鑰:行名稱和列名稱。從這個(gè)意義上來說,盡管還存在多處至關(guān)重要的差異,關(guān)系模型和 Cassandra 仍然非常相似。

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

?有了關(guān)系模型,2D 數(shù)據(jù)空間就完整了。2D 空間內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)至少應(yīng)當(dāng)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(xiàng)的行,而其他行可以擁有數(shù)百萬個(gè)項(xiàng)。

?有了關(guān)系模型,就可以對模式進(jìn)行預(yù)定義,而且在運(yùn)行時(shí)不可以更改模式,而 Cassandra 允許用戶在運(yùn)行時(shí)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(jìn)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(gè)重要差異是,RDMBS 中的列名稱表示與數(shù)據(jù)有關(guān)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(gè)列,而關(guān)系模型通常只有數(shù)十個(gè)列。

?關(guān)系模型使用定義良好的不可變模式來支持復(fù)雜的查詢,這些查詢中包括 JOIN 和聚合等。使用關(guān)系模型,用戶無需擔(dān)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(yīng)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(guān)產(chǎn)品:Redis、Riak、SimpleDB、Chordless、Scalaris、Memcached

應(yīng)用:內(nèi)容緩存

優(yōu)點(diǎn):擴(kuò)展性好、靈活性好、大量寫操作時(shí)性能高

缺點(diǎn):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(guān)產(chǎn)品:BigTable、HBase、Cassandra、HadoopDB、GreenPlum、PNUTS

應(yīng)用:分布式數(shù)據(jù)存儲與管理

優(yōu)點(diǎn):查找速度快、可擴(kuò)展性強(qiáng)、容易進(jìn)行分布式擴(kuò)展、復(fù)雜性低

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

3. 文檔數(shù)據(jù)庫

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

應(yīng)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(diǎn):性能好、靈活性高、復(fù)雜性低、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靈活

缺點(diǎn):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(guān)產(chǎn)品:Neo4J、OrientDB、InfoGrid、GraphDB

應(yīng)用:大量復(fù)雜、互連接、低結(jié)構(gòu)化的圖結(jié)構(gòu)場合,如社交網(wǎng)絡(luò)、推薦系統(tǒng)等

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

缺點(diǎn):復(fù)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(yùn)行

Membase Membase 是 NoSQL 家族的一個(gè)新的重量級的成員。Membase是開源項(xiàng)目,源代碼采用了Apache2.0的使用許可。該項(xiàng)目托管在GitHub.Source tarballs上,可以下載beta版本的Linux二進(jìn)制包。該產(chǎn)品主要是由North Scale的memcached核心團(tuán)隊(duì)成員開發(fā)完成,其中還包括Zynga和NHN這兩個(gè)主要貢獻(xiàn)者的工程師,這兩個(gè)組織都是很大的在線游戲和社區(qū)網(wǎng)絡(luò)空間的供應(yīng)商。 Membase容易安裝、操作,可以從單節(jié)點(diǎn)方便的擴(kuò)展到集群,而且為memcached(有線協(xié)議的兼容性)實(shí)現(xiàn)了即插即用功能,在應(yīng)用方面為開發(fā)者和經(jīng)營者提供了一個(gè)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(lǐng)域(特別是大容量的Web應(yīng)用)有了廣泛的使用,其中 Memcached的部分基礎(chǔ)代碼被直接應(yīng)用到了Membase服務(wù)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(fù)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(biāo)是提供對外的線性擴(kuò)展能力,包括為了增加集群容量,可以針對統(tǒng)一的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)制。 另外,對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行再分配仍然是必要的。 這方面的一個(gè)有趣的特性是NoSQL解決方案所承諾的可預(yù)測的性能,類準(zhǔn)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(shù)(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(fù)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(shí)現(xiàn)重復(fù)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(fù)制到多個(gè)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(gè)介于關(guān)系數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的產(chǎn)品,是非關(guān)系數(shù)據(jù)庫當(dāng)中功能最豐富,最像關(guān)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(fù)雜的數(shù)據(jù)類型。Mongo最大的特點(diǎn)是他支持的查詢語言非常強(qiáng)大,其語法有點(diǎn)類似于面向?qū)ο蟮牟樵冋Z言,幾乎可以實(shí)現(xiàn)類似關(guān)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(diǎn)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(gè)集合(Collenction)。每個(gè) 集合在數(shù)據(jù)庫中都有一個(gè)唯一的標(biāo)識名,并且可以包含無限數(shù)目的文檔。集合的概念類似關(guān)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(gè)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(fù)制和故障恢復(fù) ◆使用高效的二進(jìn)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(jì)算層次的擴(kuò)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(kuò)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(biāo)識一個(gè)文檔,為字符串類型,而值則可以是各種復(fù)雜的文件類型。 ◆可通過網(wǎng)絡(luò)訪問 MongoDB服務(wù)端可運(yùn)行在Linux、Windows或OS X平臺,支持32位和64位應(yīng)用,默認(rèn)端口為27017。推薦運(yùn)行在64位平臺,因?yàn)镸ongoDB在32位模式運(yùn)行時(shí)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(rèn)路徑為:/data/db),為提高效率使用內(nèi)存映射文件進(jìn)行管理。 Hypertable Hypertable是一個(gè)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(yùn)行的可伸縮計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)建造了三個(gè)關(guān)鍵部分。第一個(gè)關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施是Google File System(GFS),這是一個(gè)高可用的文件系統(tǒng),提供了一個(gè)全局的命名空間。它通過跨機(jī)器(和跨機(jī)架)的文件數(shù)據(jù)復(fù)制來達(dá)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(luò)端口等失敗。第二個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施是名為Map-Reduce的計(jì)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(gè)基礎(chǔ)設(shè)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(shí)現(xiàn)高效的 查詢。Hypertable是Bigtable的一個(gè)開源實(shí)現(xiàn),并且根據(jù)我們的想法進(jìn)行了一些改進(jìn)。 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(diǎn)就是它不是一個(gè)數(shù)據(jù)庫,而是由一堆數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成的一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)服務(wù),對Cassandra 的一個(gè)寫操作,會被復(fù)制到其他節(jié)點(diǎn)上去,對Cassandra的讀操作,也會被路由到某個(gè)節(jié)點(diǎn)上面去讀取。對于一個(gè)Cassandra群集來說,擴(kuò)展性能 是比較簡單的事情,只管在群集里面添加節(jié)點(diǎn)就可以了。 Cassandra是一個(gè)混合型的非關(guān)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(guān)系數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的開源產(chǎn)品,是非關(guān)系數(shù)據(jù)庫當(dāng)中功能最豐富,最像關(guān)系數(shù)據(jù)庫 的。Cassandra最初由Facebook開發(fā),后轉(zhuǎn)變成了開源項(xiàng)目。它是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)社交云計(jì)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(chǔ),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(diǎn):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(fù)制,持續(xù)進(jìn)行或臨時(shí)處理,處理時(shí)帶沖突檢查,因此,采用的是master-master復(fù)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(shè)計(jì) 需要不時(shí)地進(jìn)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(jìn)行服務(wù)器端文檔驗(yàn)證 支持認(rèn)證 根據(jù)變化實(shí)時(shí)更新 支持附件處理 因此, CouchApps(獨(dú)立的 js應(yīng)用程序) 需要 jQuery程序庫 最佳應(yīng)用場景:適用于數(shù)據(jù)變化較少,執(zhí)行預(yù)定義查詢,進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用程序。適用于需要提供數(shù)據(jù)版本支持的應(yīng)用程序。 例如:CRM、CMS系統(tǒng)。 master-master復(fù)制對于多站點(diǎn)部署是非常有用的。 和其他數(shù)據(jù)庫比較,其突出特點(diǎn)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(yùn)行時(shí)隨意的添加或移除字段。這是一個(gè)驚人的效率提升,特別是在大型部 署上。 ◆ 真正的可擴(kuò)展性 :Cassandra是純粹意義上的水平擴(kuò)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(jìn)程,改變應(yīng)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(diǎn)布局來避免某一個(gè)數(shù)據(jù)中心起火,一個(gè)備用的數(shù)據(jù)中心將至少有每條記錄的完全復(fù)制。 ◆ 范圍查詢 :如果你不喜歡全部的鍵值查詢,則可以設(shè)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(gè)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(shí)間集中讀或?qū)懭魏螖?shù)據(jù)。并且不會有任何單點(diǎn)失敗。 問度娘,啥都有。


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