深入了解 Apache Cassandra：开源 NoSQL 分布式数据库
Apache Cassandra 是一款开源的 NoSQL 分布式数据库系统。它以其卓越的性能和可扩展性而闻名，在现代应用程序开发中扮演着重要的角色。
Apache Cassandra 的起源
在成为开源项目之前，Apache Cassandra 最初由 Facebook（现为 Meta）设计，旨在融合亚马逊 DynamoDB 和谷歌 Bigtable 的优势，创造出一种高可用且可扩展的数据库解决方案。
由于其出色的可用性和扩展能力，Cassandra 被 Netflix、Uber 和 Facebook 等众多大型科技公司广泛采用。
本文将详细介绍 Apache Cassandra 的架构、工作原理、特性以及作为技术栈一部分所带来的各种优势。
NoSQL 数据库的概念
Apache Cassandra 属于 NoSQL 数据库的范畴。与传统的关系型数据库（如 SQL 数据库）不同，NoSQL 数据库不采用 SQL 或关系模型。
这种设计在灵活性和易用性方面提供了优势，但也牺牲了一些高级查询的功能。然而，NoSQL 和 SQL 数据库都有各自的适用场景和优点。
Apache Cassandra 的工作机制
Cassandra 使用 Cassandra 查询语言 (CQL) 进行操作。CQL 在语法上与关系数据库常用的结构化查询语言 (SQL) 非常相似。
然而，CQL 不支持某些关系型数据库的功能，例如连接操作。这是因为 Cassandra 是一种查询优先的数据库，即数据库的设计是根据将要执行的查询而定的。
这种方法意味着表的设计是为了满足每个查询所需的数据，而无需连接多个表，从而提高了查询速度。Cassandra 可以在所有主流操作系统上部署。
Cassandra 的架构特点
从根本上讲，Cassandra 的架构由节点组成。数据存储在节点中，具有相同键的所有记录都位于同一个节点上。与 SQL 数据库中可能分布在不同机器上的多个表相比，这种设计加快了查询执行的速度。
资料来源：cassandra.apache.org
为了确保高可用性，数据会根据数据库创建者指定的复制因子跨节点进行复制。 存储数据库全部数据的一组节点被称为数据中心。
多个数据中心构成一个集群。拥有多个数据中心意味着即使某个数据中心出现故障，数据仍然可以访问。
Apache Cassandra 的关键特性
Apache Cassandra 与市场上其他数据库解决方案相比，最重要和最具差异化的因素包括：
#1. 开源特性
Apache Cassandra 是一个完全开源且免费的项目。这意味着其源代码是公开可用的，这有助于减少潜在的错误和漏洞，从而保护用户和业务数据的安全。
#2. 宽列架构
与大多数以行为单位存储数据的数据库不同，Apache Cassandra 采用按列存储的方式。
这种方法在列中搜索数据时速度更快，因为无需扫描整行记录。因此，Cassandra 的数据查找速度与使用其他数据库中的索引一样快。
#3. 分布式架构
Apache Cassandra 采用分布式架构，这意味着它不是在单台机器上运行的。这种设计通过跨不同节点和数据中心复制数据，确保了数据的高可用性。此外，当数据中心在地理位置上靠近用户时，还可以加快数据访问速度。
#4. 查询优先的设计
在传统数据库设计中，表通常是围绕实体进行建模的，并通过规范化在数据库中建立实体之间的关系。
通常情况下，查询需要在多个表之间执行，如果这些表存储在不同的机器上，则数据访问可能会非常缓慢。
然而，使用 Cassandra，您可以根据计划执行的查询来构建表。这样，满足查询所需的所有数据都会存储在单个表中。
Apache Cassandra 的优势
- 免费使用： 数据库管理系统本身是免费的，可以从 Apache Cassandra 官方网站下载。然而，运行数据库所需的服务器基础设施需要额外成本。
- 高可用性： Apache Cassandra 在设计时就充分考虑了弹性。它具有足够的冗余，可以在部分数据库脱机时保持正常运行。
- 可扩展性： 可以通过添加额外的节点来扩展数据库，并且在几乎没有停机时间的情况下增加存储容量。这使其成为构建大型应用程序的理想选择。
- 高速性能： 由于采用了宽列架构和查询优先的设计，Apache Cassandra 与其他数据库管理系统相比，能够实现更快的查询执行速度。
接下来，我们将探索一些学习 Apache Cassandra 的最佳资源。
学习资源
#1. Apache Cassandra：你需要知道的一切
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本课程的先决条件是您应该对一般的数据库和 Linux 系统有一定的了解。
#2. 成为认证的 Cassandra 开发人员：模拟考试
这个认证课程包含两项考试，可以帮助您准备 Datastax Academy 的 Apache Cassandra 开发人员认证考试。
每次考试时长为 90 分钟，涵盖架构、数据建模和 Cassandra 查询语言等主题。 本课程的目标受众是对 Cassandra 有一定了解，并希望获得专业认证的开发人员。
#3. Apache Cassandra 基础
这本书面向开发人员，旨在教您如何开始使用 Apache Cassandra。它将指导您安装 Cassandra 并建立数据库集群。然后，您将学习使用 Cassandra 查询语言与数据库进行交互。
此外，您还将了解用于监控集群和调试查询的工具。它非常适合以前没有使用过 Cassandra 并希望开始学习的人。
#4. 精通 Apache Cassandra
本书适合对 Cassandra 有一些先验知识的读者，它将教您编写更高效的 Cassandra 程序，并配置 Cassandra 以提高性能。
此外，它还讲解了如何将 Apache Cassandra 与 Apache Spark 集成，以构建数据分析系统。
总结
Apache Cassandra 是大规模分布式系统中数据库的强大选择。它的可靠性、可扩展性和速度使其成为科技巨头的首选。
学习和掌握该数据库将使您具备构建可靠地为数百万用户服务的软件系统的能力。
接下来，您可以学习使用 Apache Cassandra 监控工具来关注数据库性能。