大话Cassandra数据模型

Cassandra是一个开源的分布式数据库，结合了Dynamo的Key/Value与Bigtable的面向列的特点。

Cassandra的特点如下：

1.灵活的schema：不需要象数据库一样预先设计schema，增加或者删除字段非常方便（on the fly）。

2.支持range查询：可以对Key进行范围查询。

3.高可用，可扩展：单点故障不影响集群服务，可线性扩展。

我们可以将Cassandra的数据模型想象成一个四维或者五维的Hash。

Column

Column是Cassandra中最小的数据单元。它是一个3元的数据类型，包含：name，value和timestamp。

将一个Column用JSON的形式表现出来如下：

   1: {  // 这是一个column

   2:     name: "逖靖寒的世界",

   3:     value: "gpcuster@gmali.com",

   4:     timestamp: 123456789

   5: } 

为了简单起见，我们可以忽略timestamp。就把column想象成一个name/value即可。

注意，这里提到的name和value都是byte[]类型的，长度不限。

SuperColumn

我们可以将SuperColumn想象成Column的数组，它包含一个name，以及一系列相应的Column。

将一个SuperColumn用JSON的形式表现如下：

   1: {   // 这是一个SuperColumn

   2:     name: "逖靖寒的世界",

   3:     // 包含一系列的Columns

   4:     value: {

   5:         street: {name: "street", value: "1234 x street", timestamp: 123456789},

   6:         city: {name: "city", value: "san francisco", timestamp: 123456789},

   7:         zip: {name: "zip", value: "94107", timestamp: 123456789},

   8:     }

   9: }

 

Columns和SuperColumns都是name与value的组合。最大的不同在于Column的value是一个“string”，而SuperColumn的value是Columns的Map。

还有一点需要注意的是：SuperColumn’本身是不包含timestamp的。

ColumnFamily

ColumnFamily是一个包含了许多Row的结构，你可以将它想象成RDBMS中的Table。

每一个Row都包含有client提供的Key以及和该Key关联的一系列Column。

我们可以看看结构：

   1: UserProfile = { // 这是一个ColumnFamily

   2:     phatduckk: {   // 这是对应ColumnFamily的key

   3:         // 这是Key下对应的Column

   4:         username: "gpcuster",

   5:         email: "gpcuster@gmail.com",

   6:         phone: "6666"

   7:     }, // 第一个row结束

   8:     ieure: {   // 这是ColumnFamily的另一个key

   9:         //这是另一个Key对应的column

  10:         username: "pengguo",

  11:         email: "pengguo@live.com",

  12:         phone: "888"

  13:         age: "66"

  14:     },

  15: }

ColumnFamily的类型可以为Standard，也可以是Super类型。

我们刚刚看到的那个例子是一个Standard类型的ColumnFamily。Standard类型的ColumnFamily包含了一系列的Columns（不是SuperColumn）。

Super类型的ColumnFamily包含了一系列的SuperColumn，但是并不能像SuperColumn那样包含一系列Standard ColumnFamily。

这是一个简单的例子：

   1: AddressBook = { // 这是一个Super类型的ColumnFamily

   2:     phatduckk: {    // key

   3:         friend1: {street: "8th street", zip: "90210", city: "Beverley Hills", state: "CA"}, 

   4:         John: {street: "Howard street", zip: "94404", city: "FC", state: "CA"},

   5:         Kim: {street: "X street", zip: "87876", city: "Balls", state: "VA"},

   6:         Tod: {street: "Jerry street", zip: "54556", city: "Cartoon", state: "CO"},

   7:         Bob: {street: "Q Blvd", zip: "24252", city: "Nowhere", state: "MN"},

   8:         ...

   9:     }, // row结束

  10:     ieure: {     // key

  11:         joey: {street: "A ave", zip: "55485", city: "Hell", state: "NV"},

  12:         William: {street: "Armpit Dr", zip: "93301", city: "Bakersfield", state: "CA"},

  13:     },

  14: }

Keyspace

Keyspace是我们的数据最外层，你所有的ColumnFamily都属于某一个Keyspace。一般来说，我们的一个程序应用只会有一个Keyspace。

简单测试

我们将Cassandra运行起来以后，启动命令行，执行如下操作：

cassandra> set Keyspace1.Standard1['jsmith']['first'] = 'John' 
Value inserted. 
cassandra> set Keyspace1.Standard1['jsmith']['last'] = 'Smith' 
Value inserted. 
cassandra> set Keyspace1.Standard1['jsmith']['age'] = '42' 
Value inserted.

这个时候，Cassandra中就已经有3条数据了。

其中插入数据的各个字段含义如下：

接下来，我们执行查询操作：

cassandra> get Keyspace1.Standard1['jsmith'] 
  (column=age, value=42; timestamp=1249930062801) 
  (column=first, value=John; timestamp=1249930053103) 
  (column=last, value=Smith; timestamp=1249930058345) 
Returned 3 rows.

这样，我们就可以将之前插入的数据查询出来了。

排序

有一点需要明确，我们使用Cassandra的时候，数据在写入的时候就已经排好顺序了。

在某一个Key内的所有Column都是按照它的Name来排序的。我们可以在storage-conf.xml文件中指定排序的类型。

目前Cassandra提供的排序类型有：BytesType, UTF8Type，LexicalUUIDType, TimeUUIDType, AsciiType，和LongType。

现在假设你的原始数据如下：

{name: 123, value: "hello there"}, 
{name: 832416, value: "kjjkbcjkcbbd"}, 
{name: 3, value: "101010101010"}, 
{name: 976, value: "kjjkbcjkcbbd"}

当我们storage-conf.xml文件中指定排序的类型为LongType时：

      ColumnFamily 在 storage-conf.xml 中定义 
--> 
CompareWith="LongType" Name="CF_NAME_HERE"/>

排序后的数据就是这样的：

{name: 3, value: "101010101010"},   
{name: 123, value: "hello there"}, 
{name: 976, value: "kjjkbcjkcbbd"}, 
{name: 832416, value: "kjjkbcjkcbbd"}

如果我们指定排序的类型为UTF8Type

      ColumnFamily 在 storage-conf.xml 中定义

--> 
CompareWith="UTF8Type" Name="CF_NAME_HERE"/>

排序后的数据就是这样的：

{name: 123, value: "hello there"},    
{name: 3, value: "101010101010"}, 
{name: 832416, value: "kjjkbcjkcbbd"}, 
{name: 976, value: "kjjkbcjkcbbd"}

大家可以看到，指定的排序类型不一样，排序的结果也是完全不同的。

对于SuperColumn，我们有一个额外的排序维度，所以我们可以指定CompareSubcolumnsWith来进行另一个维度的排序类型。

假设我们的原始数据如下：

{ // first SuperColumn from a Row 
    name: "workAddress", 
    // and the columns within it 
    value: { 
        street: {name: "street", value: "1234 x street"}, 
        city: {name: "city", value: "san francisco"}, 
        zip: {name: "zip", value: "94107"} 
    } 
}, 
{ // another SuperColumn from same Row 
    name: "homeAddress", 
    // and the columns within it 
    value: { 
        street: {name: "street", value: "1234 x street"}, 
        city: {name: "city", value: "san francisco"}, 
        zip: {name: "zip", value: "94107"} 
    } 
}

然后我们定义CompareSubcolumnsWith和CompareWith的排序类型都是UTF8Type，那么排序后的结果为：

{ 
    // this one's first b/c when treated as UTF8 strings 
    { // another SuperColumn from same Row 
        // This Row comes first b/c "homeAddress" is before "workAddress"            
        name: "homeAddress", 
        // the columns within this SC are also sorted by their names too 
        value: { 
            // see, these are sorted by Column name too 
            city: {name: "city", value: "san francisco"},                
            street: {name: "street", value: "1234 x street"}, 
            zip: {name: "zip", value: "94107"} 
        } 
    },        
    name: "workAddress", 
    value: { 
        // the columns within this SC are also sorted by their names too 
        city: {name: "city", value: "san francisco"},            
        street: {name: "street", value: "1234 x street"}, 
        zip: {name: "zip", value: "94107"} 
    } 
}

再额外提一句，Cassandra的排序功能是允许我们自己实现的，只要你继承org.apache.cassandra.db.marshal.IType就可以了。

参考文档

WTF is a SuperColumn? An Intro to the Cassandra Data Model

DataModel