前言
為什么選擇Apache Cassandra?
Apache Cassandra 是一個(gè)免費(fèi)、開源的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（relational database management systems，RDBMS）截然不同。
Cassandra 在2009 年1 月成為Apache 的一個(gè)孵化器項(xiàng)目。不久之后，Apache Cassandra 項(xiàng)目主席Jonathan Ellis 領(lǐng)導(dǎo)的提交者（committer）發(fā)布了Cassandra 0.3，并且此后一直穩(wěn)步推進(jìn)，不斷發(fā)布新的小版本，直到里程碑版本3.0。從2017 年起，這個(gè)項(xiàng)目由Apache Cassandra 項(xiàng)目主席Nate McCall 領(lǐng)導(dǎo)，推出了3.1 版本，一直到的4.0 版本。Cassandra 已經(jīng)被Web 領(lǐng)域的眾多巨頭用于生產(chǎn)環(huán)境，包括Facebook、Twitter 和Netflix。Cassandra 之所以越來越受到歡迎，很大程度上是因?yàn)樗�提供的出色的技術(shù)特性。它具有持久性、無縫可擴(kuò)展性，以及可調(diào)一致性，可以非�？斓貓�(zhí)行寫操作，存儲(chǔ)數(shù)百TB 的數(shù)據(jù)，而且是去中心化的和對(duì)稱的，所以不存在單點(diǎn)失效問題。此外，它還是高度可用的，提供了一個(gè)基于Cassandra 查詢語(yǔ)言（Cassandra Query Language，CQL）的數(shù)據(jù)模型。
本書的讀者對(duì)象
這本書適用各類人員，對(duì)以下讀者都很有用。
大規(guī)模、高容量應(yīng)用[ 比如Web 2.0 社交應(yīng)用、電子商務(wù)網(wǎng)站、金融服務(wù)或基于傳感器的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）系統(tǒng)] 的開發(fā)人員。
應(yīng)用架構(gòu)師或數(shù)據(jù)架構(gòu)師，需要了解有哪些可用的高性能、去中心化、彈性數(shù)據(jù)庫(kù)選擇。
目前使用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理員或數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)人員，需要了解如何實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)且終一致的數(shù)據(jù)庫(kù)。
希望了解Cassandra 的優(yōu)勢(shì)（和不足）的管理者，來幫助做出技術(shù)戰(zhàn)略的有關(guān)決策。
正在設(shè)計(jì)Cassandra 或其他非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)項(xiàng)目的學(xué)生、分析師或研究人員。
這本書是一本技術(shù)指南。在很多方面，Cassandra 和其他NoSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)代表了一種考慮數(shù)據(jù)的新思路。很多在過去15~20 年間獲得專業(yè)技能的開發(fā)人員十分精通以純粹的關(guān)系或面向?qū)ο蠓绞絹砜紤]數(shù)據(jù)。Cassandra 的數(shù)據(jù)模型則完全不同，開始時(shí)可能很難理解，特別是有些人已經(jīng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)是什么（以及應(yīng)該是什么）有了先入為主的想法，他們可能尤其難以接受。
使用Cassandra 并不意味著你必須是一個(gè)Java 開發(fā)人員。不過，Cassandra 是用Java寫的，所以如果要深入分析源代碼，扎實(shí)地理解Java 會(huì)非常重要。這本書中的很多例子都是用Java 寫的。不過，已經(jīng)提供了很多不同語(yǔ)言的Cassandra 驅(qū)動(dòng)程序，包括Java、Node.js、Python、C#、PHP、Ruby 和Go。
后，本書假設(shè)你已經(jīng)了解Web 是如何工作的，能夠使用集成開發(fā)環(huán)境（IDE），并對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的典型問題有所了解。你可能是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)人員或管理員，不過有時(shí)會(huì)遇到你不太熟悉的Cassandra 世界里使用的一些工具。比如使用Apache Ant 構(gòu)建Cassandra，另外可以通過Git 獲得Cassandra 源代碼。有些時(shí)候我們認(rèn)為你可能需要做自己的一些設(shè)置才能運(yùn)行某些例子，這種情況下我們會(huì)特別說明。
本書的主要內(nèi)容
這本書盡可能合理地把各章設(shè)計(jì)為獨(dú)立的指南。對(duì)于一本關(guān)于Cassandra 的書，這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樽x者可能有不同的工作角色，身處不同的行業(yè)。借用軟件領(lǐng)域的一個(gè)說法，這本書設(shè)計(jì)為是模塊化的。如果你剛接觸Cassandra，可以按順序閱讀；如果你已經(jīng)過了入門階段，也可以在后面的章節(jié)中找到你需要的內(nèi)容，每一章都可以作為一個(gè)獨(dú)立的指南。
本書的結(jié)構(gòu)如下：
第1 章，超越關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)
這一章將回顧獲得了極大成功的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史，并介紹非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)
技術(shù)（如Cassandra）的蓬勃興起。
第2 章，Cassandra 簡(jiǎn)介
這一章介紹Cassandra，并討論它有哪些讓人激動(dòng)和不同尋常的地方，它來自哪里，另外有哪些優(yōu)點(diǎn)。
第3 章，安裝Cassandra
這一章會(huì)帶著你安裝和運(yùn)行Cassandra，并嘗試它的一些基本特性。
第4 章，Cassandra 查詢語(yǔ)言
這一章介紹Cassandra 的數(shù)據(jù)模型，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)它與傳統(tǒng)關(guān)系模型的區(qū)別。我們還會(huì)討論如何用Cassandra 查詢語(yǔ)言（CQL）表示這個(gè)數(shù)據(jù)模型。
第5 章，數(shù)據(jù)建模
這一章介紹Cassandra 中數(shù)據(jù)建模的原則和過程。我們會(huì)分析一個(gè)大家熟悉的領(lǐng)域，建立一個(gè)實(shí)際可用的模式。
第6 章，Cassandra 架構(gòu)
這一章將幫助你了解讀寫操作時(shí)發(fā)生了什么，另外Cassandra 數(shù)據(jù)庫(kù)如何實(shí)現(xiàn)它的一些突出特點(diǎn)，如持久性和高可用性。我們會(huì)深入地理解一些更復(fù)雜的內(nèi)部工作，如gossip 協(xié)議、提示移交、讀修復(fù)、Merkle 樹等。
第7 章, 設(shè)計(jì)使用Cassandra 的應(yīng)用
為了讓Cassandra 架構(gòu)概念更為具體，我們將研究在現(xiàn)代云應(yīng)用的架構(gòu)和設(shè)計(jì)中結(jié)合Cassandra 的一些常用方法。
第8 章，使用驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)應(yīng)用
面向不同語(yǔ)言有很多驅(qū)動(dòng)程序，包括Java、node.js、Python、Ruby、C# 和PHP，這些驅(qū)動(dòng)程序?qū)�Cassandra 的底層API 提供了抽象。我們會(huì)幫助你了解如何利用常用驅(qū)動(dòng)程序的特性用Cassandra 開發(fā)應(yīng)用。
第9 章，讀寫數(shù)據(jù)
在前面各章的基礎(chǔ)上，我們將學(xué)習(xí)Cassandra在底層是如何讀寫數(shù)據(jù)的，還會(huì)討論批處理（batch）、輕量級(jí)事務(wù)和分頁(yè)（paging）等概念。
第10 章，配置和部署Cassandra
這一章會(huì)介紹如何指定分區(qū)器、副本放置策略和snitch。我們會(huì)建立一個(gè)集群，并查看不同配置選擇的影響。這一章會(huì)討論規(guī)劃集群部署的做法，包括使用Amazon、Microsoft 和Google 等提供商的混合云和多云部署，以及使用Docker和Kubernetes 部署和管理集群。
第11 章，監(jiān)控
一旦建立和運(yùn)行集群，可能需要監(jiān)控集群的使用情況、內(nèi)存模式和線程模式，了解它的一般活動(dòng)。Cassandra 內(nèi)置有一個(gè)功能豐富的Java 管理擴(kuò)展（JMX）接口，可以用來監(jiān)控所有這些方面以及其他一些方面。
第12 章，維護(hù)
利用服務(wù)器自帶的一些工具可以讓Cassandra 集群的持續(xù)維護(hù)變得更為容易。我們會(huì)介紹如何退服一個(gè)節(jié)點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)集群的負(fù)載平衡、獲得統(tǒng)計(jì)信息，以及完成其他日常的運(yùn)維任務(wù)。
第13 章，性能調(diào)優(yōu)
Cassandra 突出的特性之一就是它的速度，Cassandra 非�？�，不過還有很多方面可以優(yōu)化來進(jìn)一步提高性能，包括內(nèi)存設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、硬件選擇、緩存，以及緩沖區(qū)大小。
第14 章，安全
NoSQL技術(shù)經(jīng)常因?yàn)榘踩�性方面的短板而遭到詬病。好在Cassandra 提供了認(rèn)證、授權(quán)和加密特性，我們將在這一章學(xué)習(xí)如何配置這些特性。
第15 章，遷移和集成
在這本書的后，將對(duì)你的企業(yè)采用Cassandra 所涉及的步驟做一個(gè)總結(jié)，我們將從關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)遷移到Cassandra 的角度來討論，會(huì)介紹數(shù)據(jù)建模、應(yīng)用開發(fā)和部署的有關(guān)問題，以及Cassandra 如何集成其他流行技術(shù)，包括：
流傳輸系統(tǒng)，如Apache Kafka。
搜索引擎，如Apache Lucene、Apache Solr 和ElasticSearch。
分析平臺(tái)，如Apache Spark。
這本書中使用的Cassandra 版本
這本書使用了Apache Cassandra 4.0 和DataStax Java Driver 4.1。工具輸出、日志文件、配置文件以及錯(cuò)誤消息的格式和內(nèi)容都采用4.0 版本中的形式，
將來的版本中可能會(huì)有改變。
討論2.0 及以后版本增加的新特性時(shí)，我們會(huì)給出新增該特性的相應(yīng)版本號(hào)，方便使用較早版本的讀者考慮是否升級(jí)。
第三版新增內(nèi)容
與版和第二版之間的時(shí)間跨度相比，第三版與上一個(gè)版本相隔沒有那么遠(yuǎn)，不過還是有很多重要的變化需要指出：
成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)
軟件工程社區(qū)的傳統(tǒng)觀點(diǎn)是一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎需要5~10 年才能完全成熟。讓人高興的是，Cassandra 已經(jīng)達(dá)到了這個(gè)成熟度里程碑，盡管4.0 版本肯定有一些穩(wěn)定性和可用性方面的改進(jìn)，不過大部分新特性都專注于如何讓這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)更易于理解和維護(hù)。本書這一版涵蓋的4.0 新特性包括：虛擬表（第11 章介紹）、審計(jì)日志（第14 章介紹）和變更數(shù)據(jù)捕獲（第15 章介紹）。
云應(yīng)用中結(jié)合Cassandra
使用Cassandra 的應(yīng)用類型還在不斷增長(zhǎng)。為了幫助縮小概念與現(xiàn)實(shí)間的差距，我們?yōu)榇藢ｉT增加了新的一章，即第7 章。我們還更新了第15 章，對(duì)結(jié)合使用Kafka 和Cassandra 的多種模式進(jìn)行了討論。
云部署中的變化
第二版出版時(shí)，盡管Docker 已經(jīng)成為應(yīng)用部署的一個(gè)流行選擇，但在Docker上運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)還沒有定論。在那之后，已經(jīng)取得了足夠多的進(jìn)展，現(xiàn)在我們認(rèn)為可以推薦在Docker 上部署Cassandra 了。Kubernetes 作為協(xié)調(diào)跨計(jì)算機(jī)集群的容器部署和維護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)迅速崛起。在這一版中，我們更新了第10 章，增加了在Docker 上部署Cassandra 的指導(dǎo)說明，另外增加了Kubernetes 的內(nèi)容以反映當(dāng)前變化的格局。
排版約定
本書采用下述排版約定。
斜體（Italic）
表示新術(shù)語(yǔ)、URL、電子郵件地址、文件名和擴(kuò)展名。
等寬字體（constant width）
表示程序清單，在段落中出現(xiàn)則表示程序元素，如變量、函數(shù)名、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)類型、環(huán)境變量、語(yǔ)句和關(guān)鍵字。
等寬粗體（constant width bold）
表示應(yīng)該替換成用戶提供的值，或者由上下文決定的值。
使用代碼示例
本書中的代碼示例可以從https://github.com/jeffreyscarpenter/cassandra-guide 和https://github.com/jeffreyscarpenter/reservation-service 下載。
本書的目的是要幫助你完成工作。一般來講，你可以在你的程序和文檔中使用這些代碼，不需要聯(lián)系我們來得到許可，除非你直接復(fù)制了大部分的代碼。例如，如果你在編寫一個(gè)程序，使用了本書中的多段代碼，這并不需要得到許可。但是出售或發(fā)行OReilly 書示例代碼則需要得到許可�；卮饐栴}時(shí)如果引用了這本書的文字和示例代碼，不需要得到許可。但是如果你的產(chǎn)品的文檔借用了本書中的大量示例代碼，則需要得到許可。
我們希望但不嚴(yán)格要求標(biāo)明引用出處。引用信息通常包括書名、作者、出版商和ISBN。例如Cassandra: The Definitive Guide, Revised Edition, by Jeff Carpenter and Eben Hewitt(OReilly). Copyright2020 Jeff Carpenter, 978-1-492-09714-3。
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致謝
我們要感謝很多非常優(yōu)秀的人幫助這本書得以面世。
感謝我們的技術(shù)審校：Stu Hood、Robert Schneider 和Gary Dusbabek，你們?yōu)榘尕暙I(xiàn)了很有見地的評(píng)論，另外感謝Andrew Baker、Ewan Elliot、Kirk Damron、Corey Cole、Jeff Jirsa、Chris Judson 和Patrick McFadin 審閱了第二版。第三版由Pankaj Gallar、Cedrick Lunven、Alex Ott 和Wei Deng 審校。
感謝Jonathan Ellis 和Patrick McFadin 分別為這本書的版和第二版作序，另外感謝Nate McCall 為第三版作序。
還要感謝Patrick 對(duì)第15 章Spark 集成一節(jié)的貢獻(xiàn)。
感謝我們的編輯：Mike Loukides、Marie Beaugureau、Nicole Tache、Jess Haberman和Sarah Grey，感謝他們一直以來的支持，讓這本書變得更好。
Jeff 還要感謝Eben 給予的信任，給他這個(gè)機(jī)會(huì)來更新這樣一本享有盛譽(yù)的經(jīng)典著作，另外感謝Eben 自始至終的鼓勵(lì)。
后，對(duì)Cassandra 做出貢獻(xiàn)的很多了不起的開發(fā)人員也給了我們很大啟發(fā)。向你們致敬，感謝你們建立了這樣一個(gè)優(yōu)秀而強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)。