Apache Cassandra präsentiert sich als eine dezentrale Open-Source-Datenbank, die dem NoSQL-Paradigma folgt.
Was verbirgt sich hinter Apache Cassandra?
Die Ursprünge von Apache Cassandra liegen bei Facebook (heute Meta), wo es vor seiner Open-Source-Freigabe entwickelt wurde. Ziel war es, die Stärken von Amazons DynamoDB und Googles Bigtable zu vereinen.
Seine hohe Verfügbarkeit und Skalierbarkeit machen es zu einer bevorzugten Wahl für Unternehmen wie Netflix, Uber und Facebook.
Dieser Artikel beleuchtet die Struktur, Funktionsweise und die vielfältigen Funktionen und Vorteile von Apache Cassandra innerhalb einer modernen Technologieinfrastruktur.
NoSQL – Was ist das?
Apache Cassandra gehört zu den Datenbanken, die unter dem Begriff NoSQL bekannt sind. Im Unterschied zu relationalen Datenbanken, die auf SQL basieren, verzichten NoSQL-Datenbanken auf SQL-Strukturen und Relationen.
Dies führt zu einer gesteigerten Benutzerfreundlichkeit und Flexibilität, während die Komplexität bei Abfragen unter Umständen eingeschränkt ist. Beide Arten, NoSQL und SQL-Datenbanken, haben jedoch ihre spezifischen Einsatzbereiche, in denen sie sich besonders auszeichnen.
Die Arbeitsweise von Apache Cassandra
Cassandra arbeitet mit der Cassandra Query Language (CQL), einer Sprache, die der Structured Query Language (SQL) relationaler Datenbanken in ihrer Syntax ähnelt.
Dennoch fehlen bestimmte Features wie Verknüpfungen, die in relationalen Datenbanken üblich sind. Dies liegt daran, dass Cassandra eine Datenbank ist, die nach dem „Query-First“-Prinzip entwickelt wurde. Das bedeutet, dass die Datenbankstruktur sich an den zu stellenden Abfragen orientiert.
Tabellen werden so konzipiert, dass sie die notwendigen Daten für jede Abfrage bereitstellen, ohne dass es erforderlich ist, mehrere Tabellen zu verknüpfen. Dies führt zu einer hohen Geschwindigkeit. Cassandra ist auf allen gängigen Betriebssystemen lauffähig.
Die Architektur von Cassandra
Im Kern besteht Cassandra aus Knoten, die als Datenspeicher dienen. Datensätze, die den gleichen Schlüssel besitzen, werden im selben Knoten gespeichert. Dies beschleunigt Abfragen im Vergleich zu SQL-Datenbanken, wo Daten über mehrere Tabellen und Rechner verteilt sein können.
Quelle: cassandra.apache.org
Daten werden durch einen Replikationsfaktor, den der Datenbankersteller bestimmt, über Knoten repliziert, um eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten. Eine Gruppe von Knoten, die die vollständigen Daten einer Datenbank vorhalten, wird als Rechenzentrum bezeichnet.
Mehrere Rechenzentren bilden einen Cluster. Die Nutzung mehrerer Rechenzentren sorgt für die ständige Verfügbarkeit der Daten, selbst wenn ein Rechenzentrum ausfällt.
Die Funktionen von Apache Cassandra
Zu den wichtigsten Alleinstellungsmerkmalen von Apache Cassandra zählen:
#1. Open Source
Apache Cassandra ist eine kostenlose Open-Source-Lösung. Der Quellcode ist öffentlich zugänglich, was das Risiko unentdeckter Fehler und Schwachstellen minimiert.
Dies ist von großer Bedeutung, da Benutzer- und Geschäftsdaten als wertvolle Güter zu schützen sind.
#2. Wide-Column-Architektur
Anders als die meisten Datenbanken, die Daten tabellenbasiert in Dateien ablegen, speichert Apache Cassandra Daten spaltenweise.
Dies beschleunigt die Suche nach Werten innerhalb einer Spalte, da nicht die gesamte Zeile durchsucht werden muss. Dadurch erreichen Datensuchen in Cassandra eine Geschwindigkeit, die mit der Nutzung von Indizes in anderen Datenbanken vergleichbar ist.
#3. Dezentralisierung
Apache Cassandra ist dezentralisiert, also nicht an einen einzigen Rechner gebunden. Die Verteilung über verschiedene Knoten und Rechenzentren sorgt für hohe Datenverfügbarkeit. Zudem wird der Datenzugriff beschleunigt, wenn Rechenzentren geografisch näher am Benutzer liegen.
#4. Query-First-Design
In traditionellen Datenbankdesigns werden Tabellen um Entitäten herum aufgebaut. Normalisierung schafft Beziehungen zwischen diesen Entitäten in den Datenbanken.
Abfragen erstrecken sich oft über mehrere Tabellen. Sind diese Tabellen über unterschiedliche Rechner verteilt, kann der Datenzugriff langsam sein.
Bei Cassandra werden Tabellen jedoch basierend auf den Abfragen erstellt. Alle für die Abfrage benötigten Daten werden dann in einer einzigen Tabelle gespeichert.
Vorteile von Apache Cassandra
- Kostenfreiheit: Das Datenbankverwaltungssystem selbst ist kostenfrei und kann von der offiziellen Apache Cassandra Website heruntergeladen werden. Die Serverinfrastruktur, auf der es betrieben wird, ist jedoch nicht kostenfrei.
- Hohe Verfügbarkeit: Apache Cassandra ist auf Ausfallsicherheit ausgelegt. Die Redundanz gewährleistet den Betrieb, selbst wenn Teile der Datenbank ausfallen.
- Skalierbarkeit: Der Datenbank können ohne nennenswerte Ausfallzeiten zusätzliche Knoten hinzugefügt und die Speicherkapazität erweitert werden. Ideal für Anwendungen mit hohen Datenaufkommen.
- Geschwindigkeit: Die Wide-Column-Architektur und das Query-First-Design ermöglichen es Apache Cassandra, im Vergleich zu anderen Datenbankverwaltungssystemen, schneller zu arbeiten.
Im Folgenden werden einige wertvolle Lernressourcen zum Verständnis von Apache Cassandra vorgestellt.
Lernmaterialien
#1. Apache Cassandra: Alles Wissenswerte
Dieser Udemy-Kurs zu Apache Cassandra führt von den Grundlagen bis hin zu fortgeschrittenen Themen und deckt alles von einem theoretischen Überblick bis zur Cassandra-Abfragesprache ab.
Voraussetzung für den Kurs sind Grundkenntnisse in Datenbanken und Linux-Systemen.
#2. Zertifizierter Cassandra Entwickler: Übungsprüfungen
Dieser Kurs beinhaltet zwei Prüfungen zur Vorbereitung auf die Apache Cassandra-Entwicklerzertifizierungsprüfung der Datastax Academy.
Jede Prüfung dauert neunzig Minuten und umfasst Themen wie Architektur, Modellierung und die Cassandra-Abfragesprache. Der Kurs richtet sich an Entwickler, die bereits mit Cassandra vertraut sind und eine professionelle Zertifizierung anstreben.
#3. Apache Cassandra Grundlagen
Dieses Buch für Entwickler vermittelt die ersten Schritte mit Apache Cassandra. Es zeigt, wie Cassandra installiert und ein Datenbankcluster eingerichtet wird. Im Anschluss wird die Cassandra-Abfragesprache für die Interaktion mit der Datenbank erlernt.
Zudem werden Werkzeuge zur Überwachung und Fehlerbehebung von Abfragen im Cluster behandelt. Ideal für Einsteiger ohne Vorkenntnisse mit Cassandra.
#4. Apache Cassandra meistern
Dieses Buch richtet sich an Leser mit Vorkenntnissen in Cassandra und lehrt, wie man effizientere Cassandra-Programme schreibt und die Leistungsfähigkeit von Cassandra optimiert.
Zusätzlich wird die Integration von Apache Cassandra mit Apache Spark zur Entwicklung von Datenanalysesystemen behandelt.
Schlusswort
Apache Cassandra ist eine ausgezeichnete Datenbankwahl für große, verteilte Systeme. Die Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Geschwindigkeit machen es zu einer bevorzugten Option bei Technologieunternehmen.
Das Erlernen und Beherrschen dieser Datenbank wird Sie mit Fähigkeiten ausstatten, um Softwaresysteme zu entwickeln, die zuverlässig Millionen von Benutzern bedienen.
Als nächsten Schritt können Sie sich mit den Überwachungstools von Apache Cassandra befassen, um die Leistung der Datenbank im Auge zu behalten.