Apache Cassandra — це децентралізована база даних NoSQL з відкритим кодом, що характеризується високою стійкістю до відмов.
Що являє собою Apache Cassandra?
Перед тим, як стати проєктом з відкритим кодом, Apache Cassandra розроблялася в компанії Facebook (тепер Meta) як комбінація функціональності Amazon DynamoDB та Google Bigtable.
Завдяки своїй високій доступності та можливості масштабування, вона активно використовується провідними компаніями, такими як Netflix, Uber та Facebook.
У цьому матеріалі ми розглянемо структуру Apache Cassandra, принципи її роботи, а також ключові особливості та переваги застосування у вашому технічному середовищі.
Що таке NoSQL?
Apache Cassandra належить до категорії баз даних, відомих як NoSQL. На відміну від реляційних баз даних (SQL), NoSQL бази даних не використовують SQL та відносини в традиційному сенсі.
Це забезпечує простоту використання та гнучкість, хоча й обмежує можливості виконання складних запитів. Проте, як NoSQL, так і SQL бази даних мають свої переваги в певних контекстах.
Принцип роботи Apache Cassandra
Cassandra функціонує на основі мови запитів Cassandra (CQL), синтаксис якої подібний до структурованої мови запитів (SQL), що використовується в реляційних базах даних.
Однак, вона не підтримує деякі функції, як-от об’єднання таблиць, які є стандартними для більшості реляційних баз. Це пов’язано з тим, що Cassandra орієнтована насамперед на запити. Це означає, що структура бази даних створюється на основі конкретних запитів, які потрібно буде виконувати.
Відповідно, таблиці розробляються таким чином, щоб забезпечити достатній обсяг даних для кожного запиту без необхідності об’єднувати їх з різних таблиць. Це підвищує швидкодію системи. Cassandra можна встановити на всі популярні операційні системи.
Архітектура Cassandra
В основі Cassandra лежать вузли. Дані зберігаються на цих вузлах, і всі записи з ідентичним ключем розташовуються на одному вузлі. Це дозволяє прискорити обробку запитів, на відміну від SQL баз даних, де дані можуть розподілятися між різними таблицями на різних машинах.
Джерело: cassandra.apache.org
Для забезпечення високої доступності, дані реплікуються між вузлами згідно з коефіцієнтом реплікації, який встановлюється розробником бази даних. Група вузлів, які зберігають всі дані бази, називається центром обробки даних.
Група центрів обробки даних формує кластер. Наявність кількох центрів обробки даних гарантує постійну доступність даних, навіть у разі відключення одного з центрів.
Ключові особливості Apache Cassandra
Серед основних характеристик, що виділяють Apache Cassandra серед інших рішень, варто відзначити:
#1. Відкритий вихідний код
Apache Cassandra є безкоштовною системою з відкритим вихідним кодом. Це означає, що її вихідний код загальнодоступний, що сприяє виявленню та виправленню помилок і вразливостей.
Це критично важливо, оскільки дані користувачів і бізнесу є цінними активами, які потребують захисту.
#2. Широкостовпцева архітектура
На відміну від більшості баз даних, які зберігають дані в файлах на основі таблиць, Apache Cassandra зберігає їх за стовпцями.
Це прискорює процес пошуку значень у конкретному стовпці, оскільки немає необхідності переглядати весь рядок. Отже, пошук даних в Cassandra відбувається так само швидко, як і використання індексів в інших базах даних.
#3. Розподілена система
Apache Cassandra — це розподілена база даних, тобто вона не працює на одній машині. Це забезпечує високу доступність даних, оскільки вони дублюються на різних вузлах і в різних центрах обробки даних. Такий підхід також прискорює доступ до даних, коли центри обробки даних розташовані географічно ближче до користувача.
#4. Дизайн, орієнтований на запити
У традиційному підході до проєктування баз даних, таблиці моделюються на основі сутностей. Зв’язки між цими сутностями потім встановлюються через нормалізацію.
Під час виконання запитів ці зв’язки часто охоплюють кілька таблиць. Якщо таблиці зберігаються на різних машинах, доступ до даних може бути повільним.
У Cassandra, навпаки, таблиці проєктуються на основі запитів, які потрібно буде виконувати. Усі необхідні дані для конкретного запиту зберігаються в одній таблиці.
Переваги Apache Cassandra
- Безкоштовність: сама система управління базами даних доступна для безкоштовного завантаження з офіційного веб-сайту Apache Cassandra. Проте, інфраструктура сервера, на якій працює база даних, потребує фінансових витрат.
- Висока доступність: Apache Cassandra розроблена з урахуванням стійкості до відмов. Система має достатній рівень надмірності для забезпечення функціональності навіть у випадку відключення окремих компонентів.
- Масштабованість: до бази даних можна додавати нові вузли та збільшувати обсяг сховища без простою. Це ідеально підходить для розробки великих застосунків.
- Швидкодія: завдяки широкій стовпцевій архітектурі та підходу, орієнтованому на запити, Apache Cassandra здатна забезпечити високу швидкість роботи у порівнянні з іншими СУБД.
Далі розглянемо деякі корисні навчальні ресурси для вивчення Apache Cassandra.
Навчальні матеріали
#1. Apache Cassandra: усе, що потрібно знати
Цей курс на Udemy про Apache Cassandra надає матеріал від початкового до професійного рівня, охоплюючи теми від теоретичного огляду Cassandra до мови запитів Cassandra.
Для проходження курсу необхідно мати базові знання про бази даних та системи Linux.
#2. Станьте сертифікованим розробником Cassandra: практичні іспити
Цей сертифікаційний курс складається з двох іспитів, які допомагають підготуватися до сертифікаційного іспиту розробника Apache Cassandra від Datastax Academy.
Кожен іспит триває дев’яносто хвилин і охоплює питання з архітектури, моделювання та мови запитів Cassandra. Курс розрахований на розробників, які вже знайомі з Cassandra, але хочуть отримати професійний сертифікат.
#3. Основи Apache Cassandra
Ця книга для розробників навчить вас, як почати роботу з Apache Cassandra. Вона знайомить з процесом інсталяції Cassandra та налаштування кластеру бази даних. Далі ви вивчатимете мову запитів Cassandra для взаємодії з базою даних.
Також ви дізнаєтеся про інструменти для моніторингу кластеру та налагодження запитів. Книга ідеально підходить для тих, хто тільки починає знайомство з Cassandra.
#4. Освоєння Apache Cassandra
Ця книга, написана для тих, хто вже має певний досвід роботи з Cassandra, навчить вас створювати більш ефективні програми та оптимізувати Cassandra для підвищення продуктивності.
Також ви дізнаєтеся, як інтегрувати Apache Cassandra з Apache Spark для створення систем аналізу даних.
Підсумки
Apache Cassandra є потужним рішенням для баз даних у великих розподілених системах. Її надійність, масштабованість та швидкість роблять її популярним вибором серед провідних технологічних компаній.
Вивчення та оволодіння цією базою даних дасть вам навички для розробки програмних систем, здатних надійно обслуговувати мільйони користувачів.
Далі ви можете ознайомитися з інструментами моніторингу Apache Cassandra для контролю продуктивності бази даних.