cassandra学习笔记

cassandra学习笔记

介绍
Cassandra是一套开源分布式NoSQL数据库系统。它最初由Facebook开发，用于储存收件箱等简单格式数据，集GoogleBigTable的数据模型与Amazon
Dynamo的完全分布式的架构于一身Facebook于2008将 Cassandra
开源，此后，由于Cassandra良好的可扩展性，被Digg、Twitter等知名Web
2.0网站所采纳，成为了一种流行的分布式结构化数据存储方案

1.cassandra的安装

1.1、cassandra的下载

下载：cassandra下载地址(以3.9版本为例)
https://archive.apache.org/dist/cassandra/3.9/
我下载linux版，安装在centos7，下载apache-cassandra-3.9-bin.tar.gz
上传到服务器/usr/local/cassandra目录

1.2.解压(确保已安装jdk8或以上)

tar -xzvf apache-cassandra-3.9-bin.tar.gz

1.3.创建目录

在解压目录下/usr/local/cassandra/apache-cassandra-3.9 创建3个目录
commitlog data saved_caches

1.4.修改配置文件（搭建集群）

打开/usr/local/cassandra/apache-cassandra-3.9/conf下的cassandra.yaml
基本配置

数据存储目录 
data_file_directories:  
	- /usr/local/apache-cassandra-3.9/data
#提交记录日志  
commitlog_directory: /usr/local/apache-cassandra-3.9/commitlog
#缓存配置  
saved_caches_directory: /usr/local/apache-cassandra-3.9/saved_caches

集群配置(打开每台服务器的7000端口，这是每台的通信端口)
我以3台服务器为例：192.168.10.128、192.168.10.129、192.168.10.130
以192.168.10.128、192.168.10.129为seed节点：
192.168.10.130的配置：

cluster_name: 'Test Cluster' 
seed_provider:
  - class_name: org.apache.cassandra.locator.SimpleSeedProvider
    parameters:
         - seeds: "192.168.10.128,192.168.10.129"  
listen_address: 192.168.10.130  
rpc_address: 192.168.10.130

另外两台也差不多，只是把listen_address和rpc_address换成自己的ip，节点之间必须保证cluster_name一致。如果改了cluster_name，那么需要删除data里面的数据再重启

1.5 启动(先启动种子节点)

在/usr/local/cassandra/apache-cassandra-3.9/bin目录下执行

./cassandra -R
常用命令：
查看集群状态： ./nodetool status
连接客户端： ./cqlsh 如果配置了listen_address为自己服务器的ip 那么就用
./cqlsh ip（自己服务器ip）
生成还有加上账号密码

2.cassandra的配置、基础信息介绍

2.1 端口介绍

7199 - JMX
7000 - 节点间通信（如果启用了TLS，则不使用）
7001 - TLS节点间通信（使用TLS时使用）
9160 - Thrift客户端API
9042 - CQL本地传输端口

2.2 cassandra.yaml内容

cluster_name
集群的名字，默认情况下是TestCluster。对于这个属性的配置可以防止某个节点加入到其他集群中去，所以一个集群中的节点必须有相同的cluster_name属性。
listen_address
Cassandra需要监听的IP或主机名，默认是localhost。建议配置私有IP，不要用0.0.0.0。
commitlog_directory
commit log的保存目录，压缩包安装方式默认是/var/lib/cassandra/commitlog。通过前面的了解，我们可以知道，把这个目录和数据目录分开存放到不同的物理磁盘可以提高性能。
data_file_directories
数据文件的存放目录，压缩包安装方式默认是/var/lib/cassandra/data。为了更好的效果，建议使用RAID 0或SSD。
save_caches_directory
保存表和行的缓存，压缩包安装方式默认是/var/lib/cassandra/saved_caches。
通常使用：用得比较频繁的属性
在启动节点前，需要仔细评估你的需求。
commit_failure_policy
提交失败时的策略（默认stop）：
stop：关闭gossip和Thrift，让节点挂起，但是可以通过JMX进行检测。
sto_commit：关闭commit log，整理需要写入的数据，但是提供读数据服务。
ignore：忽略错误，使得该处理失败。
disk_failure_policy
设置Cassandra如何处理磁盘故障（默认stop）。
stop：关闭gossip和Thrift，让节点挂起，但是可以通过JMX进行检测。
stop_paranoid：在任何SSTable错误时就闭gossip和Thrift。
best_effort：这是Cassandra处理磁盘错误最好的目标。如果Cassandra不能读取磁盘，那么它就标记该磁盘为黑名单，可以继续在其他磁盘进行写入数据。如果Cassandra不能从磁盘读取数据，那个这些SSTable就标记为不可读，其他可用的继续堆外提供服务。所以就有可能在一致性水平为ONE时会读取到过期的数据。
ignore：用于升级情况。
endpoint_snitch
用于设置Cassandra定位节点和路由请求的snitch（默认org.apache.cassandra.locator.SimpleSnitch），必须设置为实现了IEndpointSnitch的类。
rpc_address 一般填写本机ip
用于监听客户端连接的地址。可用的包括：
0.0.0.0监听所有地址
IP地址
主机名
不设置：使用hosts文件或DNS
seed_provider
需要联系的节点地址。Cassandra使用-seeds集合找到其他节点并学习其整个环中的网络拓扑。
class_name：（默认org.apache.cassandra.locator.SimpleSeedProvider），可用自定义，但通常不必要。
– seeds：（默认127.0.0.1）逗号分隔的IP列表。
compaction_throughput_mb_per_sec
限制特定吞吐量下的压缩速率。如果插入数据的速度越快，越应该压缩SSTable减少其数量。推荐16-32倍于写入速度（MB/s）。如果是0表示不限制。
memtable_total_space_in_mb
指定节点中memables最大使用的内存数（默认1/4heap）。
concurrent_reads
（默认32）读取数据的瓶颈是在磁盘上，设置16倍于磁盘数量可以减少操作队列。
concurrent_writes
（默认32）在Cassandra里写很少出现I/O不稳定，所以并发写取决于CPU的核心数量。推荐8倍于CPU数。
incremental_backups
（默认false）最后一次快照发生时备份更新的数据（增量备份）。当增量备份可用时，Cassandra创建一个到SSTable的的硬链接或者流式存储到本地的备份/子目录。删除这些硬链接是操作员的责任。
snapshot_before_compaction
（默认false）启用或禁用在压缩前执行快照。这个选项在数据格式改变的时候来备份数据是很有用的。注意使用这个选项，因为Cassandra不会自动删除过期的快照。
phi_convict_threshold
（默认8）调整失效检测器的敏感度。较小的值增加了把未响应的节点标注为挂掉的可能性，反之就会降低其可能性。在不稳定的网络环境下（比如EC2），把这个值调整为10或12有助于防止错误的失效判断。大于12或小于5的值不推荐！
性能调优
commit_sync
（默认：periodic）Cassandra用来确认每毫秒写操作的方法。
periodic：和commitlog_sync_period_in_ms（默认10000 – 10 秒）一起控制把commit log同步到磁盘的频繁度。周期性的同步会立即确认。
batch：和commitlog_sync_batch_window_in_ms（默认disabled）一起控制Cassandra在执行同步前要等待其他写操作多久时间。当使用该方法时，写操作在同步数据到磁盘前不会被确认。
commitlog_periodic_queue_size
（默认1024*CPU的数量）commit log队列上的等待条目。当写入非常大的blob时，请减少这个数值。比如，16倍于CPU对于1MB的Blob工作得很好。这个设置应该至少和concurrent_writes一样大。
commitlog_segment_size_in_mb
（默认32）设置每个commit log文件段的大小。一个commit log段在其所有数据刷新到SSTable后可能会被归档、删除或回收。数据的总数可以潜在的包含系统中所有表的commit log段。默认值适合大多数情况，当然你也可以修改，比如8或16MB。
commitlog_total_space_in_mb
（默认32位JVM为32,64位JVM为1024）commit log使用的总空间。如果使用的空间达到以上指定的值，Cassandra进入下一个临近的部分，或者把旧的commit log刷新到磁盘，删除这些日志段。该个操作减少了在启动时加载过多数据引起的延迟，防止了把无限更新的表保存到有限的commit log段中。
compaction_preheat_key_cache
（默认true）当设置为true的时候，缓存的row key在压缩期间被跟踪，并且重新缓存其在新压缩的SSTable中的位置。如果有极其大的key要缓存，把这个值设为false。
concurrent_compactors
（默认每个CPU一个）设置每个节点并发压缩处理的值，不包含验证修复逆商。并发压缩可以在混合读写工作下帮助保持读的性能——通过减缓把一堆小的SSTable压缩而进行的长时间压缩。如果压缩运行得太慢或太快，请首先修改compaction_throughput_mb_per_sec的值。
in_memory_compaction_limit_in_mb
（默认64）针对数据行在内存中的压缩限制。超大的行会溢出磁盘并且使用更慢的二次压缩。当这个情况发生时，会对特定的行的key记录一个消息。推荐5-10%的Java对内存大小。
multithreaded_compaction
（默认false）当设置为true的时候，每个压缩操作使用一个线程，一个线程用于合并SSTable。典型的，这个只在使用SSD的时候有作用。使用HDD的时候，受限于磁盘I/O（可参考compaction_throughput_mb_per_sec）。
preheat_kernel_page_cache
（默认false） 启用或禁用内核页面缓存预热压缩后的key缓存。当启用的时候会预热第一个页面（4K）用于由每个数据行的顺序访问。对于大的数据行通常是有危害的。
file_cache_size_in_mb
（小于1/4堆内存或512）用于SSTable读取的缓存内存大小。
memtable_flush_queue_size
（默认4）等待刷新的满的memtable的数量（等待写线程的memtable）。最小是设置一个table上索引的最大数量。
memtable_flush_writers
（默认每数据目录一个）设置用于刷新memtable的线程数量。这些线程是磁盘I/O阻塞的，每个线程在阻塞的情况下都保持了memtable。如果有大的堆内存和很多数据目录，可以增加该值提升刷新性能。
column_index_size_in_kb
（默认64）当数据到达这个值的时候添加列索引到行上。这个值定义了多少数据行必须被反序列化来读取列。如果列的值很大或有很多列，那么就需要增加这个值。
populate_io_cache_on_flush
（默认false）添加新刷新或压缩的SSTable到操作系统的页面缓存。
reduce_cache_capacity_to
（默认0.6）设置由reduce_cache_sizes_at定义的Java对内存达到限制时的最大缓存容量百分比。
reduce_cache_sizes_at
（默认0.85）当Java对内存使用率达到这个百分比，Cassandra减少通过reduce_cache_capacity_to定义的缓存容量。禁用请使用1.0。
stream_throughput_outbound_megabits_per_sec
（默认200）限制所有外出的流文件吞吐量。Cassandra在启动或修复时使用很多顺序I/O来流化数据，这些可以导致网络饱和以及降低RPC的性能。
trickle_fsync
（默认false）当使用顺序写的时候，启用该选项就告诉fsync强制操作系统在trickle_fsync_interval_in_kb设定的间隔刷新脏缓存。建议在SSD启用。
trickle_fsync_interval_in_kb
（默认10240）设置fsync的大小

3.cassandra的数据结构

3.1 建空间 （KeySpace）

cassandra的键空间（KeySpace）相当于数据库，我们创建一个键空间就是创建了一个数据库
副本因子，副本策略，Durable_writes（是否启用 CommitLog 机制）

3.2 副本因子（Replication Factor）

副本因子决定数据有几份副本。例如：
副本因子为1表示每一行只有一个副,。副本因子为2表示每一行有两个副本，每个副本位于不同的节点上。在实际应用中为了避免单点故障，会配置为3以上。所有的副本都同样重要，没有主从之分。可以为每个数据中心定义副本因子。副本策略设置应大于1，但是不能超过集群中的节点数

3.3 副本放置策略 （Replica placement strategy）

描述的是副本放在集群中的策略

3.4 常用命令

查看集群
desc cluster;
查看键空间（类似于mysql查看有哪些库）
desc Keyspaces;
进入键空间(类似mysql的选择哪个库)
use 键空间名;
查看该库下有哪些表 desc tables;
查看表结构
desc 表名;

3.5 操作键空间

创建一个键空间名字为：school，副本策略选择：简单策略 SimpleStrategy，副本因子：3

CREATE KEYSPACE school WITH replication = {'class':'SimpleStrategy', 'replication_factor' : 3};

修改键空间，修改键空间语句，修改school键空间，把副本引子 从3 改为1

ALTER KEYSPACE school WITH replication = {'class':'SimpleStrategy', 'replication_factor' : 1};

删除键空间

DROP KEYSPACE school

3.6 创建表

CREATE TABLE student(
   id int PRIMARY KEY,  
   name text,  
   age int,  
   gender tinyint,  
   address text ,
   interest set<text>,
   phone list<text>,
   education map<text, text>
);

查看创建的表： DESCRIBE TABLE student; 

3.7 创建索引

CREATE INDEX sname ON student (name);

3.8 删除索引

drop index sname;

3.9 表查询

查询：Primary Key只能用 = 号查询 第二主键 支持= > < >= <= 索引列 只支持 = 号
非索引非主键字段过滤可以使用ALLOW FILTERING
第一主键 只能用=号查询 例如：

create table testTab ( 
	key_one int, 
	key_two int, 
	name text, 
	age int,
 	PRIMARY KEY(key_one, key_two) ); 
 create INDEX tage ON testTab (age);

key_one 是第一主键，key_two是第二主键，age是索引列，name是普通列
1.key_one列是第一主键 对key_one进行 = 号查询，可以查出结果,对key_one 进行范围查询使用 > 号，无法查出结果.它是分区键，就是要指定哪个区先
2.不要单独对key_two 进行 查询，加上ALLOW FILTERING 后确实可以查询出数据，但是不建议这么做

select * from testtab where key_two = 8 ALLOW FILTERING; 

正确的做法是，在查询第二主键时，前面先写上第一主键

 select * from testtab where key_one=12 and key_two > 7;

3.索引列 只支持=号

 select * from testtab where age = 19;

4.普通列，非索引非主键字段 name是普通列，在查询时需要使用ALLOW FILTERING

 select * from testtab where key_one=12 and name='张小仙' allow filtering;  --可以查询 

不写allow filtering会报错
ALLOW FILTERING是一种非常消耗计算机资源的查询方式。
如果表包含例如100万行，并且其中95％具有满足查询条件的值，则查询仍然相对有效，这时应该使用ALLOW FILTERING。
如果表包含100万行，并且只有2行包含满足查询条件值，则查询效率极低。Cassandra将无需加载999,998行。如果经常使用查询，则最好在列上添加索引。
ALLOW FILTERING在表数据量小的时候没有什么问题，但是数据量过大就会使查询变得缓慢

3.10 数据操作

更新列：

UPDATE <tablename> SET <column name> = <new value> <column name> = <value>....WHERE <condition> UPDATE student set gender = 1 where student_id= 1012;

批量操作： 语法：

 BEGIN BATCH <insert-stmt>/ <update-stmt>/ <delete-stmt> APPLY BATCH;

示例：

BEGIN BATCH  INSERT INTO
 student(id,address,age,education,gender,interest,name,phone)VALUES(1013,{'忠县中学'},20,{'小学':'山河小学','初中':'来仪小学'},1,{'打牌','泡妞'},'黎飞',['110','119']);
UPDATE student set age=11 where id= 1012; DELETE FROM student WHERE id >=1011; 
APPLY BATCH;

删除行

语法：DELETE FROM WHERE ;
示例：DELETE FROM student WHERE student_id=1012;

4. Java操作cassandra

4.1 导包

<dependency>
    <groupId>com.datastax.cassandragroupId>
    <artifactId>cassandra-driver-mappingartifactId>
    <version>3.9.0version>
dependency>
<dependency>
    <groupId>com.datastax.cassandragroupId>
    <artifactId>cassandra-driver-coreartifactId>
    <version>3.9.0version>
dependency>

4.2 创建连接

public class TestKeySpace {
    Session session = null;
    /**
     * 连接cassandra
     */
    @Before
    public void init() {
        String host = "192.168.10.130";
        int port = 9042;
        Cluster cluster = Cluster.builder()
                .addContactPoint(host)
                .withPort(port)
                .withCredentials("cassandra", "cassandra")
                .withoutJMXReporting()
                .build();
        session = cluster.connect();

    }
}

4.3 键空间操作

/**
 * 查找键空间
 */
@Test
public void findKeySpace() {
    List<KeyspaceMetadata> keyspaces = session.getCluster().getMetadata().getKeyspaces();
    for (KeyspaceMetadata keyspaceMetadata : keyspaces) {
        System.out.println(keyspaceMetadata.getName());
    }
}

/**
 * 创建键空间
 */
@Test
public void createKeySpace() {
    //方法1 使用CQL语句
    // String createKeySpaceCQL = "create keyspace if not exists liaochao001 with replication={'class':'SimpleStrategy', 'replication_factor': 1}";
    // session.execute(createKeySpaceCQL);
    //方法2 使用面向对象
    Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    map.put("class", "SimpleStrategy");
    map.put("replication_factor", 2);
    KeyspaceOptions options = SchemaBuilder
            .createKeyspace("girls")
            .ifNotExists()
            .with()
            .replication(map);
    session.execute(options);
}

/**
 * 删除键空间
 */
@Test
public void deleteKeySpace() {
    //方法 1  使用CQL
    //String createKeySpaceCQL = "drop keyspace  liaochao001";
    //session.execute(createKeySpaceCQL);
    //方法2 使用面向对象的方式
    DropKeyspace dropKeyspace = SchemaBuilder
            .dropKeyspace("mumu")
            .ifExists();
    session.execute(dropKeyspace);
}

/**
 * 修改键空间
 */
@Test
public void alterKeySpace() {
    Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    map.put("class", "SimpleStrategy");
    map.put("replication_factor", 1);

    KeyspaceOptions keyspaceOptions = SchemaBuilder
            .alterKeyspace("mumu")
            .with()
            .replication(map);
    session.execute(keyspaceOptions);
}
4.表（列族）的操作
 /**
     * 创建列族（类似于创建表）
     */
    @Test
    public void createColumn() {
        //方法1 使用CQL
        String createTableCQL = "create table if not exists school.student(name varchar primary key, age int)";
        session.execute(createTableCQL);
        //方法2 使用schemaBuilder
        Create create = SchemaBuilder
                .createTable("girls", "student")
                .addPartitionKey("id", DataType.bigint())
                .addColumn("address", DataType.set(DataType.text()))
                .addColumn("age", DataType.cint())
                .addColumn("name", DataType.text())
                .addColumn("gender", DataType.cint())
                .addColumn("interest", DataType.set(DataType.text()))
                .addColumn("phone", DataType.list(DataType.text()))
                .addColumn("education", DataType.map(DataType.text(), DataType.text()))
                .ifNotExists();

        session.execute(create);
    }

    /**
     * 修改表
     */
    @Test
    public void alterTable() {
        //新增一个字段
        SchemaStatement schemaStatement1 = SchemaBuilder
                .alterTable("girls", "student")
                .addColumn("email")
                .type(DataType.text());
        session.execute(schemaStatement1);
        //修改一个字段
//        SchemaStatement schemaStatement2 = SchemaBuilder.alterTable("girls", "student")
//                .alterColumn("email")
//                .type(DataType.varchar());
//        session.execute(schemaStatement2);
        //删除一个字段
//        SchemaStatement schemaStatement3 = SchemaBuilder
//                .alterTable("girls", "student")
//                .dropColumn("email");
//        session.execute(schemaStatement3);
    }

    /**
     * 删除表
     */
    @Test
    public void removeTable(){
        Drop drop = SchemaBuilder
                .dropTable("school", "student")
                .ifExists();
        session.execute(drop);
    }

4.4 数据的操作

/**
     * 插入数据
     */
    @Test
    public void insertData() {
        //方法1 使用CQL
        // String insertCQL = "insert into liaochao001.student(name,age) values('文璺',20)";
        //session.execute(insertCQL);
        //方法2 使用
        Set<String> interestSet = new HashSet<>();
        interestSet.add("看书");
        interestSet.add("约p");
        List<String> phoneList = new ArrayList<>();
        phoneList.add("110");
        phoneList.add("119");
        Map<String,String> map = new HashMap<>();
        map.put("小学","三河小学");
        map.put("中学","来仪小学");
        Set<String> addressSet = new HashSet<>();
        addressSet.add("校园路129号");
        Student student = Student
                .builder()
                .id(1012)
                .address(addressSet)
                .name("薛天霸")
                .age(19)
                .gender(1)
                .phone(phoneList)
                .interest(interestSet)
                .education(map)
                .email("[email protected]")
                .build();

        Mapper<Student> mapper = new MappingManager(session).mapper(Student.class);
        mapper.save(student);

    }

    /**
     * 查询数据
     */
    @Test
    public void queryData() {
        String queryCQL = "select * from liaochao001.student";
        ResultSet rs = session.execute(queryCQL);
        List<Row> dataList = rs.all();
        for (Row row : dataList) {
            System.out.println("===>name:" + row.getString("name"));
            System.out.println("===>age:" + row.getInt("age"));
        }
    }

    /**
     * 修改数据
     */
    @Test
    public void updateData() {
        //方法1 CQL
        String updateCQL = "update liaochao001.student set age =32 where name='zhangsan'";
        session.execute(updateCQL);

    }

    /**
     * 删除数据
     */
    @Test
    public void deleteData() {
        String deleteCQL = "delete from liaochao001.student where name = 'zhangsan'";
        session.execute(deleteCQL);

4.5 索引的操作

  /**
     * 创建索引
     */
    @Test
    public void createIndex() {
//        SchemaStatement statement = SchemaBuilder
//                .createIndex("nameindex")
//                .onTable("school", "student")
//                .andColumn("name");
//        session.execute(statement);
        //给map类型常见索引
        SchemaStatement schemaStatement = SchemaBuilder.createIndex("educationindex")
                .onTable("school", "student")
                .andKeysOfColumn("education");
        session.execute(schemaStatement);
    }

    /**
     * 删除索引
     */
    @Test
    public void dropIndex() {
        Drop mymap = SchemaBuilder.dropIndex("school","mymap");
        session.execute(mymap);
    }

4.6 预编译Prepared statements

预编译statement的时候，Cassandra会解析query语句，缓存解析的结果并返回一个唯一的标志。当绑定并且执行预编译statement的时候，驱动只会发送这个标志，那么Cassandra就会跳过解析query语句的过程。
应保证query语句只应该被预编译一次，缓存PreparedStatement 到我们的应用中（PreparedStatement
是线程安全的）；如果我们对同一个query语句预编译了多次，那么驱动输出印警告日志；
如果一个query语句只执行一次，那么预编译不会提供性能上的提高，反而会降低性能，因为是两次请求，那么此时可以考虑用 simple statement 来代替

/**
     * 预编译：数据量大时提高性能，数据量小会拖慢性能
     * https://docs.datastax.com/en/developer/java-driver/3.0/manual/statements/prepared/
     */

    @Test
    public void batchPrepare() {
       BatchStatement batchStatement = new BatchStatement();
       //预编译语句
        PreparedStatement prepare = session.prepare("INSERT INTO school.student ( id,address, age , education, gender, interest, name, phone)VALUES(?,?,?,?,?,?,?,?)");
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            Set<String> interestSet = new HashSet<>();
            interestSet.add("看书");
            interestSet.add("约炮");
            List<String> phoneList = new ArrayList<>();
            phoneList.add("0"+i+"110");
            phoneList.add("0"+i+"119");
            Map<String,String> map = new HashMap<>();
            map.put("小学","三河小学"+i);
            map.put("中学","来仪小学"+i);
            Set<String> addressSet = new HashSet<>();
            addressSet.add("校园路"+i+"号");


            Student student = Student
                    .builder()
                    .id((1014+i))
                    .address(addressSet)
                    .name("薛雅天"+i)
                    .age(19+i)
                    .gender(1)
                    .phone(phoneList)
                    .interest(interestSet)
                    .education(map)
                    .email("[email protected]")
                    .build();
            //设置预编译占位符对应的值
            BoundStatement boundStatement = prepare.bind(student.getId(),
                    student.getAddress(),
                    student.getAge(),
                    student.getEducation(),
                    student.getGender(),
                    student.getInterest(),
                    student.getName(),
                    student.getPhone()
            );
            //添加数据到批量操作Statement
            batchStatement.add(boundStatement);
        }
        //执行批量插入操作
        session.execute(batchStatement);
        //情空
        batchStatement.clear();
    }