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Cassandra 节点与集群

介绍​

Apache Cassandra 是一个高度可扩展的分布式 NoSQL 数据库，设计用于处理大量数据跨多个节点和集群。在 Cassandra 中，节点（Node） 和 集群（Cluster） 是核心概念，理解它们对于掌握 Cassandra 的工作原理至关重要。

  • 节点：节点是 Cassandra 数据库中的一个独立实例，通常运行在一台物理或虚拟机器上。每个节点都存储数据的一部分，并与其他节点协同工作以提供高可用性和容错性。
  • 集群：集群是由多个节点组成的集合，这些节点共同工作以存储和管理数据。集群中的节点通过 Gossip 协议进行通信，确保数据的一致性和可用性。

Cassandra 节点​

节点的角色​

在 Cassandra 中，每个节点都有以下主要职责：

  1. 数据存储：节点负责存储数据的一部分。Cassandra 使用分布式哈希表（DHT）来确定数据在集群中的存储位置。
  2. 数据复制：为了提高数据的可用性和容错性，Cassandra 会在多个节点上复制数据。每个数据副本称为一个 副本（Replica）。
  3. 请求处理：节点接收来自客户端的读写请求，并根据一致性级别（Consistency Level）处理这些请求。

节点的配置​

在 Cassandra 中，节点的配置主要通过 cassandra.yaml 文件进行。以下是一些关键的配置项：

  • cluster_name：指定集群的名称，所有节点必须使用相同的集群名称。
  • listen_address：节点监听的 IP 地址，用于与其他节点通信。
  • rpc_address：节点用于接收客户端请求的 IP 地址。
  • seed_provider：指定种子节点（Seed Nodes），新节点通过种子节点加入集群。
yaml
cluster_name: 'MyCassandraCluster'
listen_address: '192.168.1.1'
rpc_address: '192.168.1.1'
seed_provider:
  - class_name: org.apache.cassandra.locator.SimpleSeedProvider
    parameters:
      - seeds: "192.168.1.1,192.168.1.2"

Cassandra 集群​

集群的组成​

Cassandra 集群由多个节点组成，这些节点可以是物理机、虚拟机或容器。集群中的节点通过 Gossip 协议进行通信，以维护集群的状态信息。

集群的拓扑结构​

Cassandra 集群的拓扑结构通常是 环形结构，数据通过一致性哈希算法分布在集群中的各个节点上。每个节点负责存储一部分数据，并且数据会在多个节点上进行复制。

数据分布与复制​

Cassandra 使用 分区器（Partitioner） 来确定数据在集群中的分布。默认的分区器是 Murmur3Partitioner，它使用一致性哈希算法将数据均匀地分布在集群中。

数据复制策略由 复制策略（Replication Strategy） 决定，常见的复制策略包括：

  • SimpleStrategy：适用于单数据中心环境，数据在集群中的所有节点上进行复制。
  • NetworkTopologyStrategy：适用于多数据中心环境，数据在每个数据中心内的节点上进行复制。
sql
CREATE KEYSPACE my_keyspace
WITH replication = {'class': 'NetworkTopologyStrategy', 'DC1': 3, 'DC2': 2};

在上面的示例中，my_keyspace 键空间在 DC1 数据中心有 3 个副本，在 DC2 数据中心有 2 个副本。

实际案例​

假设我们有一个电子商务网站，需要存储用户的订单数据。为了提高数据的可用性和容错性，我们决定使用 Cassandra 来存储这些数据。

  1. 集群配置：我们配置了一个由 5 个节点组成的 Cassandra 集群，分布在两个数据中心（DC1 和 DC2）。
  2. 数据分布：订单数据通过一致性哈希算法分布在集群中的各个节点上，并且在每个数据中心内进行复制。
  3. 高可用性：即使某个节点或数据中心发生故障，订单数据仍然可以从其他节点或数据中心访问。

总结​

Cassandra 的节点和集群是其分布式架构的核心。通过理解节点和集群的工作原理，你可以更好地设计和优化 Cassandra 数据库，以满足高可用性和可扩展性的需求。

附加资源​

练习​

  1. 在你的本地环境中配置一个由 3 个节点组成的 Cassandra 集群。
  2. 创建一个键空间，并使用 NetworkTopologyStrategy 配置数据复制策略。
  3. 模拟一个节点故障，观察集群如何保持数据的可用性。
提示

在配置 Cassandra 集群时，确保所有节点的 cluster_name 和 seed_provider 配置一致，以避免节点无法加入集群的问题。