Was ist Cassandra? Schlüsselmerkmale und Vorteile

Um Apache Cassandra und seine Möglichkeiten voll zu würdigen, ist es hilfreich, zunächst NoSQL-Datenbanken zu verstehen und dann die Architektur und Fähigkeiten von Cassandra genauer zu betrachten. Das bietet eine gute Einführung in das System, sodass du entscheiden kannst, ob es für dein Unternehmen geeignet ist.

Was ist Apache Cassandra?

Apache Cassandra ist ein verteiltes Datenbankmanagementsystem , das darauf ausgelegt ist, große Datenmengen über mehrere Rechenzentren und die Cloud hinweg zu verarbeiten. Wichtige Funktionen sind:

• Hochskalierbar
• Bietet hohe Verfügbarkeit
• Hat keinen einzelnen Fehlerpunkt

In Java geschrieben, ist es eine NoSQL-Datenbank, die viele Dinge bietet, die andere NoSQL- und relationalen Datenbanken nicht können. Cassandra wurde ursprünglich bei Facebook für deren Postfach-Suchfunktion entwickelt. Facebook hat sie 2008 als Open Source veröffentlicht, und Cassandra wurde 2009 Teil des Apache Incubator. Seit Anfang 2010 ist es ein erstklassiges Apache-Projekt. Es ist derzeit ein wichtiger Bestandteil der Apache Software Foundation und kann von jedem genutzt werden, der davon profitieren möchte. Cassandra sticht unter Datenbanksystemen hervor und bietet einige Vorteile gegenüber anderen Systemen. Seine Fähigkeit, große Mengen zu bewältigen, macht es besonders vorteilhaft für große Unternehmen. Daher wird es derzeit von vielen großen Unternehmen genutzt, darunter Apple, Facebook, Instagram, Uber, Spotify, Twitter, Cisco, Rackspace, eBay und Netflix.

Was ist eine NoSQL-Datenbank?

Eine NoSQL-Datenbank, oft als "nicht nur SQL" bezeichnet, ist eine, die Daten speichert und abruft, ohne dass Daten im tabellarischen Format gespeichert werden müssen. Im Gegensatz zu relationalen Datenbanken, die ein tabellarisches Format benötigen, ermöglichen NoSQL-Datenbanken unstrukturierte Daten. Diese Art von Datenbank bietet:

• Ein einfaches Design
• Horizontale Skalierung
• Umfassende Kontrolle über die Verfügbarkeit

NoSQL-Datenbanken benötigen kein festes Schema, was eine einfache Replikation ermöglicht. Mit seiner einfachen API mag ich Cassandra wegen seiner Gesamtkonsistenz und seiner Fähigkeit, große Datenmengen zu verarbeiten. Allerdings gibt es Vor- und Nachteile, diese Art von Datenbank zu verwenden. Obwohl NoSQL-Datenbanken viele Vorteile bieten, haben sie auch Nachteile. Im Allgemeinen gelten NoSQL-Datenbanken:

• Nur Unterstützung von Simply Query Language (SQL)
• Sind einfach "irgendwann konsistent"
• Keine Transaktionen unterstützen

Dennoch sind sie mit riesigen Datenmengen effektiv und bieten eine einfache, horizontale Skalierung, was diese Art von System für viele große Unternehmen gut geeignet macht. Zu den beliebtesten und effektivsten NoSQL-Datenbanken gehören:

• Apache Cassandra
• Apache HBase
• MongoDB

Was macht die Apache Cassandra-Datenbank einzigartig?

Cassandra ist eine der effizientesten und am weitesten verbreiteten NoSQL-Datenbanken. Einer der Hauptvorteile dieses Systems ist, dass es hochverfügbaren Service bietet und keinen einzelnen Ausfallpunkt. Das ist entscheidend für Unternehmen, die es sich nicht leisten können, dass ihr System ausfällt oder Daten verloren geht. Ohne einen einzelnen Ausfallpunkt bietet es wirklich konsistenten Zugriff und Verfügbarkeit. Ein weiterer wichtiger Vorteil von Cassandra DB ist das enorme Datenvolumen, das das System verarbeiten kann. Es kann riesige Datenmengen effektiv und effizient über mehrere Server hinweg verarbeiten. Außerdem kann es große Datenmengen schnell schreiben, ohne die Leseeffizienz zu beeinträchtigen. Cassandra bietet den Nutzern "blitzschnell schnelle Schreibvorgänge", und Geschwindigkeit oder Genauigkeit bleiben von großen Datenmengen unbeeinträchtigt. Es ist genauso schnell und genauso für große Datenmengen wie für kleinere Mengen. Ein weiterer Grund, warum so viele Unternehmen Cassandra DB nutzen, ist die horizontale Skalierbarkeit. Ihre Struktur ermöglicht es Nutzern, plötzliche Nachfrage zu bewältigen, da sie einfach mehr Hardware hinzufügen kann, um zusätzliche Kunden und Daten zu ermöglichen. Dadurch lässt sich die Skalierung einfach, ohne dass Abschaltungen oder größere Anpassungen nötig sind. Außerdem ist die lineare Skalierbarkeit einer der Faktoren, die dazu beitragen, die schnelle Reaktionszeit des Systems aufrechtzuerhalten. Weitere Vorteile von Cassandra sind:

• Flexible Datenspeicherung. Cassandra kann strukturierte, halbstrukturierte und unstrukturierte Daten verarbeiten und bietet den Nutzern Flexibilität bei der Datenspeicherung.
• Flexible Datenverteilung. Cassandra nutzt mehrere Rechenzentren, was eine einfache Datenverteilung überall und jederzeit ermöglicht.
• Unterstützt ACID. Die Eigenschaften von ACID (Atomizität, Konsistenz, Isolation und Haltbarkeit) werden von Cassandra unterstützt.

Offensichtlich bietet Apache Cassandra einige diskrete Vorteile, die andere NoSQL- und relationalen Datenbanken nicht bieten können. Mit kontinuierlicher Verfügbarkeit, betrieblicher Einfachheit, einfacher Datenverteilung über mehrere Rechenzentren und der Fähigkeit, enorme Volumenmengen zu verarbeiten, ist sie für viele Unternehmen die bevorzugte Datenbank.

Wie funktioniert Cassandra?

Apache Cassandra ist ein Peer-to-Peer-System. Sein Verteilungsdesign orientiert sich an Amazons DynamoDB, und das Datenmodell basiert auf Googles Big Table. Die Grundarchitektur besteht aus einem Cluster von Knoten, von denen alle eine Lese- oder Schreibanforderung akzeptieren können. Dies ist ein zentraler Aspekt der Architektur, da es keine Master-Knoten gibt. Stattdessen kommunizieren alle Knoten gleichmäßig. Während Knoten die spezifischen Standorte sind, an denen sich Daten auf einem Cluster befinden, ist der Cluster das vollständige Set von Rechenzentren, in denen alle Daten zur Verarbeitung gespeichert werden. Verwandte Knoten sind in Rechenzentren zusammengefasst. Diese Art von Struktur ist auf Skalierbarkeit ausgelegt, und wenn zusätzlicher Speicherplatz benötigt wird, können Knoten einfach hinzugefügt werden. Das Ergebnis ist, dass das System leicht zu erweitern, für das Volumen gebaut und für gleichzeitige Benutzer im gesamten System konzipiert ist. Seine Struktur ermöglicht auch Datenschutz. Um die Datenintegrität zu gewährleisten, verfügt Cassandra über ein Commit-Log. Dies ist eine Backup-Methode, und alle Daten werden in das Commit-Log geschrieben, um sicherzustellen, dass keine Daten verloren gehen. Die Daten werden dann indexiert und in ein Memtable geschrieben. Das Memtable ist einfach eine Datenstruktur im Speicher, in dem Cassandra schreibt. Es gibt eine aktive Memtable pro Tabelle. Wenn Memtables ihren Schwellenwert erreichen, werden sie auf einer Festplatte gelöscht und werden zu unveränderlichen SSTables. Einfacher gesagt bedeutet das, dass das Commit-Log, wenn es voll ist, einen Flush auslöst, bei dem der Inhalt der Memtables in SSTables geschrieben wird. Das Commit-Log ist ein wichtiger Aspekt der Architektur von Cassandra, da es eine Sicherheitsmethode zum Schutz von Daten und zur Sicherung der Datenintegrität bietet.

Wer sollte Cassandra benutzen?

Wenn Sie große Datenmengen auf vielen Servern speichern und verwalten müssen, könnte Cassandra eine gute Lösung für Ihr Unternehmen sein. Ideal für Unternehmen, die:

• Ich kann es mir nicht leisten, dass Daten verloren gehen
• Die Datenbank kann wegen eines Ausfalls eines einzelnen Servers nicht heruntergefahren sein.

Es ist außerdem einfach zu bedienen und leicht skalierbar, was es ideal für Unternehmen macht, die kontinuierlich wachsen. Im Kern ist Apache Cassandra "für die Skalierung gebaut" und kann große Datenmengen und gleichzeitige Nutzer im gesamten System verarbeiten. Man kann riesige Datenmengen in einem dezentralen System speichern, und dennoch ermöglicht es den Nutzern, Kontrolle und Zugriff auf ihre Daten zu haben. Daten sind in Cassandra immer zugänglich. Ohne einen Single Point of Failure bietet das System echte kontinuierliche Verfügbarkeit und vermeidet Ausfallzeiten sowie Datenverlust. Es kann einfach durch das Hinzufügen neuer Knoten skaliert werden, sodass es eine konstante Betriebszeit gibt und es nicht notwendig ist, das System abzuschalten, um mehr Kunden oder Daten zu ermöglichen. Angesichts dieser Vorteile ist es nicht überraschend, dass so viele große Unternehmen Apache Cassandra-Software verwenden.

Wofür benutzt du Apache Cassandra?

Wenn Sie große Datenmengen verarbeiten müssen und zuverlässigen und schnellen Zugriff darauf mit einem System benötigen, das massiv skalierbar ist, sind Cassandras Fehlertoleranz und hohe Verfügbarkeit mit globaler Skalierbarkeit die Antwort. Hier sind einige Beispiele für gängige Anwendungsszenarien und Anwendungen:

E-Commerce

Cassandra unterstützt wichtige Einzelhandelsfunktionen, von der Verwaltung von Katalogen und Einkaufswagen bis hin zur Bestandsverwaltung. Die Erwartungen der Kunden sind hoch, und die Erfüllung dieser Punkte ist es, wo Cassandra glänzt. Cassandra sorgt für keine Ausfallzeiten, schnelle Reaktionsschnelligkeit, Skalierbarkeit und leistungsstarke Analysen.

Unterhaltungswebsites

Websites wie Netflix und Spotify sind Beispiele für globale Unterhaltungsseiten, die Cassandra nutzen. Cassandra ermöglicht es Seiten wie diesen, Millionen gleichzeitiger Nutzer mit riesigen Mengen an Streaming-Daten, Nutzerprofilen und Wiedergabeverläufen zu versorgen. Cassandra gibt zudem Daten in Empfehlungsmaschinen ein, was das Nutzererlebnis verbessert.

Internet der Dinge (IoT) und Edge Computing

IoT-Geräte erstellen massive und schnell verändernde Datensätze, die eine flexible Datenbank erfordern. Cassandra-Datentiering kann "heiße" Daten verarbeiten, die frisch sind, die Zusammenfassungen und Statistiken, die "warme" Daten ausmachen, sowie ältere "kalte" Daten, die zur Wartung verwendet werden könnten. Neue Knoten können ohne Ausfallzeiten hinzugefügt werden.

Authentifizierung und Betrugserkennung

Um Sicherheitsbedrohungen effektiv zu erkennen, ermöglicht Cassandra die Analyse großer, heterogener Datensätze in Echtzeit, um Muster und Brüche in Mustern zu entdecken, die potenziell betrügerisches Verhalten markieren könnten. Außerdem wird eine schnelle Benutzerauthentifizierung ohne Komplexität oder Reibung unterstützt.

Messaging

Cassandra erleichtert das Senden und Empfangen von Nachrichten in großem Maßstab mit Echtzeitleistung, skaliert für hohe Lasten und repliziert Nachrichten für eine einfachere Umleitung bei Ausfällen. Es unterstützt außerdem das Speichern von Konversationen, Threads und Metadaten rund um Nachrichten und Gespräche.

Logistik und Vermögensverwaltung

Ob es sich um das Verfolgen von Paketen, Containern, Fahrzeugen oder Lagerorten handelt – Cassandra lässt sich so anpassen, dass sie die Details der Logistikabläufe ohne störende Ausfallzeiten abwickelt. Das Nachverfolgen von Vermögenswerten, Routen, Lieferungen, Lagerbeständen und sogar das Hinzufügen zusätzlicher Felder für Scans und Sensoren ist unkompliziert.

Einschränkungen von Cassandra

Trotz der Macht und offensichtlichen Vorteile von Cassandra stoßen Organisationen bei der Implementierung und Nutzung auf Herausforderungen.

Hohe Instandhaltungskosten

Apache Cassandra ist Open Source und kostet daher nichts für die Bereitstellung, aber laufende Entwicklung und Wartung erfordern Zeit, Talent und Geld. Anstatt darauf zu warten, dass die Entwickler-Community eine Funktion erweitert oder einen Fehler behebt, musst du möglicherweise selbst in diese Änderungen investieren, besonders wenn du Service-Level-Vereinbarungen erfüllen musst.

Risiken rund um Sicherheit, regulatorische Compliance und Governance

Cassandra bietet einige Sicherheitsfunktionen, die jedoch für Ihre Umgebung oder die globalen Compliance-Anforderungen Ihrer Märkte möglicherweise nicht ausreichend sind. Sie müssen möglicherweise in zusätzliche Fähigkeiten und Schichten investieren, insbesondere wenn Sie in stark regulierten Branchen und Aktivitäten tätig sind.

Ein Flickenteppich aus Unterstützung und Dienstleistungen

Ihre Anwendungen wurden wahrscheinlich von einer Mischung aus Open Source, Drittanbietern und internen Ressourcen entwickelt, die jeweils unterschiedliche Fachkenntnisse und Verfügbarkeiten besitzen, sodass Implementierung und Wartung ad-hoc und zusammenhanglos wirken können.

Fachwissen finden

Talente mit Expertise in Cassandra sind sehr gefragt, und es gibt nur ein begrenztes Angebot an Menschen mit ausreichendem Wissen. Menschen, die diese Expertise erwerben möchten, lesen Open-Source-Dokumentationen unterschiedlicher Qualität, suchen Hilfe bei Community Boards und investieren in zeitaufwändige Versuche und Irrtum. Ohne den richtigen Partner kann es schwierig sein, den vollen Nutzen aus einer Cassandra-Implementierung zu ziehen.

Verwandte Literatur

• BMC Machine Learning & Big Data Blog
• MongoDB Guide, eine Reihe von Artikeln und Tutorials
• Hadoop mit Apache Cassandra verwenden
• Partitionsschlüssel vs. zusammengesetzter Schlüssel vs. Clustering von Spalten in Cassandra
• MongoDB vs Cassandra: NoSQL-Datenbanken im Vergleich
• Datenspeicher erklärt: Data Lake vs. Warehouse vs. Datenbank
• CAP-Theorem für Datenbanken: Konsistenz, Verfügbarkeit & Partitionstoleranz
• Datenethik und -verantwortung

Cassandra-Führer

1. Was ist Cassandra? Schlüsselmerkmale und Vorteile
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3. Cassandra SQL Batches and Maps
4. Stresstests und Leistungsabstimmung Apache Cassandra
5. JSON mit Cassandra verwenden
6. Konfiguration von Apache Cassandra Data Consistency
7. Verwendung von Tokens zur Verteilung von Cassandra-Daten
8. Partitionsschlüssel vs. zusammengesetzter Schlüssel vs. Clustering von Spalten in Cassandra

Diese Beiträge sind meine eigenen und spiegeln nicht unbedingt die Position, Strategien oder Meinung von BMC wider.