Wyjaśnienie Apache Cassandra w 5 minut lub mniej

Apache Cassandra to otwartoźródłowa, rozproszona baza danych NoSQL.

Czym jest Apache Cassandra?

Przed udostępnieniem jej jako oprogramowanie open source, Cassandra została pierwotnie opracowana w Facebooku (obecnie Meta). Jej celem było połączenie funkcjonalności DynamoDB od Amazon i Bigtable od Google.

Ze względu na swoją wysoką dostępność i skalowalność, jest ona szeroko wykorzystywana przez takie firmy jak Netflix, Uber i Facebook.

W tym artykule przyjrzymy się bliżej budowie Apache Cassandry, zasadom jej działania, a także różnorodnym funkcjom i zaletom, jakie płyną z jej zastosowania w ramach infrastruktury technologicznej.

Czym są bazy danych NoSQL?

Apache Cassandra jest klasyfikowana jako baza danych NoSQL. W odróżnieniu od relacyjnych baz danych SQL, bazy danych NoSQL nie korzystają z języka SQL ani relacji w taki sam sposób.

Daje to większą elastyczność i prostotę obsługi, kosztem możliwości formułowania bardziej złożonych zapytań. Zarówno bazy danych NoSQL, jak i SQL mają swoje mocne strony, w zależności od zastosowania.

Jak działa Apache Cassandra?

Cassandra operuje przy użyciu języka Cassandra Query Language (CQL), który pod względem składni jest bardzo zbliżony do Structured Query Language (SQL), znanego z relacyjnych baz danych.

Jednak w porównaniu do relacyjnych baz danych, nie obsługuje ona niektórych funkcji, takich jak łączenia tabel. Wynika to z tego, że Cassandra jest bazą danych zorientowaną na zapytania. Oznacza to, że projekt bazy danych jest podyktowany rodzajami zapytań, które będą na niej wykonywane.

Tabele są projektowane tak, aby zapewnić wystarczającą ilość danych dla każdego zapytania bez potrzeby łączenia wielu tabel. Dzięki temu operacje są szybsze. Cassandrę można zainstalować na wszystkich popularnych systemach operacyjnych.

Architektura Cassandry

U podstaw Cassandry leżą węzły. Dane są przechowywane w tych węzłach, a wszystkie rekordy z tym samym kluczem trafiają do tego samego węzła. Sprawia to, że wykonywanie zapytań jest szybsze niż w bazach danych SQL, gdzie wiele tabel może być rozproszonych na wielu maszynach.

Dane są replikowane pomiędzy węzłami, aby zapewnić wysoką dostępność. Replikacja odbywa się według współczynnika, który jest określony przez twórcę bazy danych. Zbiór węzłów, które przechowują wszystkie dane w bazie, nazywany jest centrum danych.

Zbiór centrów danych tworzy klaster. Posiadanie wielu centrów danych gwarantuje, że dane są zawsze dostępne, nawet w przypadku awarii jednego z centrów.

Cechy charakterystyczne Apache Cassandra

Najważniejsze cechy, które odróżniają Apache Cassandrę od innych baz danych to:

#1. Otwarte oprogramowanie

Apache Cassandra jest bezpłatna i dostępna jako open source. Kod źródłowy jest publicznie dostępny, co zwiększa szanse na szybkie wykrycie i naprawę potencjalnych błędów i luk w zabezpieczeniach.

Jest to niezwykle ważne, ponieważ dane użytkowników i firm stanowią cenne aktywa, które wymagają ochrony.

#2. Architektura szerokokolumnowa

W przeciwieństwie do większości baz danych, które przechowują dane w plikach z podziałem na tabele, Apache Cassandra przechowuje je kolumnami.

Wyszukiwanie wartości w kolumnie jest dzięki temu szybsze, ponieważ nie ma potrzeby przeszukiwania całego wiersza. W efekcie, Cassandra wyszukuje dane tak sprawnie, jak bazy danych korzystające z indeksów.

#3. Rozproszony system

Apache Cassandra to system rozproszony, co oznacza, że nie działa na pojedynczym komputerze. Zapewnia to wysoką dostępność danych, dzięki replikacji w różnych węzłach i centrach danych. Przyspiesza to również dostęp do danych, gdy centra danych są zlokalizowane bliżej użytkownika.

#4. Projektowanie zorientowane na zapytania

W tradycyjnych bazach danych, tabele są modelowane wokół encji. Relacje między nimi są następnie ustanawiane i normalizowane.

Podczas wykonywania zapytań, relacje często obejmują wiele tabel. Gdy tabele te są umieszczone na różnych komputerach, dostęp do danych może być powolny.

W przypadku Cassandry, tabele są tworzone w oparciu o zapytania, które zamierzasz wykonywać. Wszystkie dane niezbędne do wykonania danego zapytania są gromadzone w jednej tabeli.

Korzyści z Apache Cassandra

• Bezpłatna: System zarządzania bazą danych jest dostępny bez opłat i można go pobrać z oficjalnej strony Apache Cassandra. Należy jednak pamiętać, że infrastruktura serwerowa, na której działa baza danych, już nie.
• Wysoka dostępność: Apache Cassandra została zaprojektowana z myślą o odporności na awarie. Redundancja systemu zapewnia funkcjonalność nawet w przypadku, gdy niektóre części bazy danych ulegną awarii.
• Skalowalność: Do bazy danych można dodawać kolejne węzły, a pojemność można rozszerzać bez konieczności wyłączania systemu. To idealne rozwiązanie dla aplikacji o dużej skali.
• Szybkość: Dzięki szerokokolumnowej architekturze i projektowi zorientowanemu na zapytania, Apache Cassandra działa szybciej w porównaniu z innymi systemami zarządzania bazami danych.

Teraz przyjrzymy się rekomendowanym materiałom edukacyjnym, które pomogą Ci lepiej zrozumieć Apache Cassandrę.

Materiały edukacyjne

#1. Apache Cassandra: wszystko, co musisz wiedzieć

Ten kurs na platformie Udemy przeprowadzi Cię przez wszystkie aspekty Apache Cassandry, od podstawowych po zaawansowane, włączając w to teoretyczny przegląd, aż po język Cassandra Query Language.

Jedynym wymogiem dla uczestników jest podstawowa znajomość baz danych i systemów Linux.

#2. Zostań certyfikowanym programistą Cassandry: egzaminy próbne

Ten kurs certyfikacyjny zawiera dwa egzaminy, które pomogą Ci przygotować się i przećwiczyć do egzaminu certyfikacyjnego Apache Cassandra Developer Akademii Datastax.

Każdy egzamin trwa 90 minut i obejmuje zagadnienia z architektury, modelowania i języka Cassandra Query Langauge. Kurs jest przeznaczony dla programistów, którzy znają już Cassandrę, ale chcą zdobyć profesjonalny certyfikat.

#3. Apache Cassandra Essentials

Ta książka dla programistów nauczy Cię, jak zacząć pracę z Apache Cassandra. Dowiesz się z niej, jak zainstalować Cassandrę i skonfigurować klaster bazy danych. Następnie opanujesz język zapytań Cassandry.

Dowiesz się również, jak używać narzędzi do monitorowania klastra i debugowania zapytań. To idealny wybór dla początkujących, którzy chcą zacząć pracę z Cassandrą.

#4. Opanowanie Apache Cassandry

Ta książka, skierowana do osób z pewną znajomością Cassandry, uczy, jak pisać wydajniejsze programy i optymalizować działanie bazy danych.

Wyjaśnia również, jak zintegrować Apache Cassandrę z Apache Spark w celu budowania systemów analizy danych.

Podsumowanie

Apache Cassandra to doskonały wybór na bazę danych w rozproszonych systemach na dużą skalę. Jej niezawodność, skalowalność i szybkość sprawiają, że jest preferowana przez czołowe firmy technologiczne.

Opanowanie tej bazy danych da Ci umiejętności niezbędne do tworzenia oprogramowania, które będzie w stanie obsłużyć miliony użytkowników.

Warto również zapoznać się z narzędziami do monitorowania Apache Cassandry, aby mieć kontrolę nad wydajnością bazy danych.