75、深入探索 Apache Cassandra 数据库连接与操作

深入探索 Apache Cassandra 数据库连接与操作

1. 引言

在数据处理和分析领域，Apache Cassandra 数据库凭借其高可扩展性和容错性，成为众多开发者和数据科学家的首选。本文将详细介绍如何使用相关函数与 Apache Cassandra 数据库建立连接，并进行数据的导入、导出以及执行查询等操作。

2. 连接 Cassandra 数据库

要与 Cassandra 数据库建立连接，可使用 cassandra 函数。不过需要注意的是，该函数将在未来版本中移除，建议使用 Apache Cassandra® 数据库 C++ 接口的 apacheCassandra 函数。

2.1 安装要求

在使用 cassandra 函数之前，必须先安装 Apache Cassandra 数据库的数据库工具箱接口。

2.2 创建连接的语法

• c = cassandra(contactPoints) ：使用主机地址创建 Cassandra 数据库连接。
• c = cassandra(contactPoints, username, password) ：指定用户名和密码。
• c = cassandra( ___ , Name, Value) ：除了前面语法中的输入参数组合外，还可以使用一个或多个名称 - 值对参数指定其他选项。

2.3 输入参数说明

参数	描述	数据类型
contactPoints	主机地址，可以是单个节点的地址，也可以是多个节点的地址，支持字符向量、字符串标量、字符向量的单元格数组或字符串数组。例如： 'localhost'	单元格、字符、字符串
username	用户名，若集群需要身份验证，则使用该参数指定用户名	字符、字符串
password	密码，若集群需要身份验证，则使用该参数指定密码	字符、字符串

2.4 名称 - 值对参数

• PortNumber ：连接主机的端口号，默认值为 9042，数据类型为双精度。
• SSLEnabled ：是否启用 SSL 连接，默认值为 false ，设置为 true 可创建启用 SSL 的连接，数据类型为逻辑型。

例如，创建一个启用 SSL 连接的示例代码如下：

contactPoints = "localhost";
portnumber = 9042;
conn = cassandra(contactPoints, 'PortNumber', portnumber, 'SSLEnabled', true);

2.5 连接对象的属性

属性	描述	数据类型
Cluster	Cassandra 集群名称，例如： "Test Cluster"	字符串
HostAddresses	主机地址，例如： "localhost/127.0.0.1"	字符串
LocalDataCenter	本地数据中心名称，例如： "datacenter1"	字符串
Keyspaces	数据库中的键空间，例如： ["employeedata" "system"]	字符串

3. 连接操作函数

3.1 close 函数

用于关闭 Cassandra 数据库连接，语法为 close(conn) 。需要注意的是，该函数将在未来版本中移除，建议使用 Apache Cassandra® 数据库 C++ 接口的 close 函数。
示例代码如下：

contactPoints = "localhost";
conn = cassandra(contactPoints);
close(conn);

3.2 isopen 函数

用于确定 Cassandra 数据库连接是否打开，若连接打开返回 1，否则返回 0。该函数也将在未来版本中移除，建议使用 Apache Cassandra® 数据库 C++ 接口的 isopen 函数。
示例代码如下：

contactPoints = "localhost";
conn = cassandra(contactPoints);
val = isopen(conn);
close(conn);

4. 数据导入与导出

4.1 导入数据

• columninfo ：从指定键空间的 Cassandra 数据库表中检索列信息，语法为 cols = columninfo(conn, keyspace, tablename) 或 [cols, keyValues] = columninfo(conn, keyspace, tablename) 。
  示例代码如下：

contactPoints = "localhost";
conn = cassandra(contactPoints);
keyspace = "employeedata";
tablename = "employees_by_job";
cols = columninfo(conn, keyspace, tablename);
close(conn);

• partitionRead ：从 Cassandra 数据库表的分区中导入数据。
• tablenames ：列出 Apache Cassandra 数据库中的数据库表名称。

4.2 导出数据

upsert 函数用于在 Apache Cassandra 数据库中插入或更新数据。

5. 执行 CQL 查询

executecql 函数用于在 Apache Cassandra 数据库上执行 CQL 查询，语法为 results = executecql(conn, query) 或 results = executecql(conn, query, 'ConsistencyLevel', level) 。
示例代码如下：

contactPoints = "localhost";
conn = cassandra(contactPoints);
query = strcat("SELECT job_id, hire_date, email ", ... 
    "FROM employeedata.employees_by_job ", ...
    "WHERE job_id IN ('IT_PROG','SH_CLERK') ", ...
    "AND hire_date < '2006-04-30';");
results = executecql(conn, query);
close(conn);

6. 一致性级别

在执行 CQL 查询时，可以使用 ConsistencyLevel 参数指定一致性级别，常见的一致性级别如下表所示：
| 一致性级别值 | 描述 |
| — | — |
| “ALL” | 所有副本节点响应（读操作）或提交更改（写操作）时返回查询结果。 |
| “EACH_QUORUM” | 每个数据中心的大多数副本节点提交更改时完成执行（仅写操作）。 |
| “QUORUM” | 大多数副本节点响应（读操作）或提交更改（写操作）时返回查询结果。 |
| “LOCAL_QUORUM” | 本地数据中心的大多数副本节点响应（读操作）或提交更改（写操作）时返回查询结果。 |
| “ONE”（默认） | 一个副本节点响应（读操作）或提交更改（写操作）时返回查询结果。 |
| “TWO” | 两个副本节点响应（读操作）或提交更改（写操作）时返回查询结果。 |
| “THREE” | 三个副本节点响应（读操作）或提交更改（写操作）时返回查询结果。 |
| “LOCAL_ONE” | 本地数据中心的一个副本节点响应（读操作）或提交更改（写操作）时返回查询结果。 |
| “ANY” | 即使指定分区的所有副本节点不可用，也完成执行（仅写操作）。 |
| “SERIAL” | 返回任何数据中心的副本节点的当前（可能未提交）数据的查询结果（仅读操作）。 |
| “LOCAL_SERIAL” | 返回本地数据中心的副本节点的当前（可能未提交）数据的查询结果（仅读操作）。 |

7. 操作流程总结

以下是一个使用 mermaid 绘制的流程图，展示了与 Cassandra 数据库交互的基本流程：

graph LR
    A[安装接口] --> B[创建连接]
    B --> C{选择操作}
    C -->|导入数据| D[使用 columninfo 等函数]
    C -->|导出数据| E[使用 upsert 函数]
    C -->|执行查询| F[使用 executecql 函数]
    D --> G[关闭连接]
    E --> G[关闭连接]
    F --> G[关闭连接]

通过上述内容，我们详细介绍了如何使用相关函数与 Apache Cassandra 数据库建立连接，以及进行数据的导入、导出和查询操作。在实际应用中，开发者可以根据具体需求选择合适的方法来处理数据。

深入探索 Apache Cassandra 数据库连接与操作

8. 详细操作示例

为了让大家更清晰地理解如何使用上述函数和方法与 Apache Cassandra 数据库进行交互，下面给出几个详细的操作示例。

8.1 创建 Cassandra 数据库连接并显示键空间

% 使用本地主机地址创建 Cassandra 数据库连接
contactPoints = "localhost";
conn = cassandra(contactPoints);

% 显示数据库中的键空间
disp(conn.Keyspaces);

% 关闭数据库连接
close(conn);

在这个示例中，我们首先使用本地主机地址创建了一个 Cassandra 数据库连接对象 conn ，然后通过访问 conn 对象的 Keyspaces 属性显示了数据库中的键空间，最后关闭了数据库连接。

8.2 使用身份验证创建 Cassandra 数据库连接

% 定义本地主机地址、用户名和密码
contactPoints = "localhost";
username = "username";
password = "password";

% 使用用户名和密码创建 Cassandra 数据库连接
conn = cassandra(contactPoints, username, password);

% 显示数据库中的键空间
disp(conn.Keyspaces);

% 关闭数据库连接
close(conn);

此示例展示了如何在创建 Cassandra 数据库连接时使用用户名和密码进行身份验证。

8.3 使用端口号创建 Cassandra 数据库连接

% 定义本地主机地址和端口号
contactPoints = "localhost";
portnumber = 9042;

% 使用端口号创建 Cassandra 数据库连接
conn = cassandra(contactPoints, 'PortNumber', portnumber);

% 显示数据库中的键空间
disp(conn.Keyspaces);

% 关闭数据库连接
close(conn);

这里我们使用了 PortNumber 名称 - 值对参数指定了连接的端口号，从而创建了 Cassandra 数据库连接。

8.4 创建 SSL 启用的 Cassandra 数据库连接

% 定义本地主机地址和端口号
contactPoints = "localhost";
portnumber = 9042;

% 使用端口号和启用 SSL 创建 Cassandra 数据库连接
conn = cassandra(contactPoints, 'PortNumber', portnumber, 'SSLEnabled', true);

% 显示数据库中的键空间
disp(conn.Keyspaces);

% 关闭数据库连接
close(conn);

该示例展示了如何创建一个启用 SSL 的 Cassandra 数据库连接，通过设置 SSLEnabled 名称 - 值对参数为 true 来实现。

9. 数据操作的详细步骤

9.1 检索列信息

% 创建 Cassandra 数据库连接
contactPoints = "localhost";
conn = cassandra(contactPoints);

% 指定键空间和表名
keyspace = "employeedata";
tablename = "employees_by_job";

% 检索列信息
cols = columninfo(conn, keyspace, tablename);

% 显示列信息的前几行
head(cols);

% 关闭数据库连接
close(conn);

在这个操作中，我们首先创建了 Cassandra 数据库连接，然后指定了键空间和表名，使用 columninfo 函数检索了列信息，并显示了列信息的前几行，最后关闭了数据库连接。

9.2 执行 CQL 查询并设置一致性级别

% 创建 Cassandra 数据库连接
contactPoints = "localhost";
conn = cassandra(contactPoints);

% 编写 CQL 查询语句
query = strcat("SELECT hire_date, email ", ... 
    "FROM employeedata.employees_by_job ", ...
    "WHERE job_id = 'IT_PROG'", ...
    "LIMIT 3;");

% 设置一致性级别
level = "QUORUM";

% 执行 CQL 查询并设置一致性级别
results = executecql(conn, query, 'ConsistencyLevel', level);

% 显示查询结果
disp(results);

% 关闭数据库连接
close(conn);

此示例中，我们创建了 Cassandra 数据库连接，编写了 CQL 查询语句，设置了一致性级别为 QUORUM ，使用 executecql 函数执行了查询并显示了结果，最后关闭了连接。

10. 注意事项

在使用上述函数和方法与 Apache Cassandra 数据库进行交互时，需要注意以下几点：
- 函数弃用 ： cassandra 、 close 、 isopen 、 columninfo 、 executecql 等函数将在未来版本中移除，建议使用 Apache Cassandra® 数据库 C++ 接口的相应函数。
- 身份验证 ：如果集群需要身份验证，务必在创建连接时提供正确的用户名和密码。
- 一致性级别 ：在执行 CQL 查询时，根据实际需求选择合适的一致性级别，不同的一致性级别会影响查询的性能和数据的一致性。

11. 总结与展望

通过本文的介绍，我们详细了解了如何使用相关函数与 Apache Cassandra 数据库建立连接，以及进行数据的导入、导出和查询操作。这些操作涵盖了从创建连接到执行具体数据操作的整个流程，为开发者在处理 Cassandra 数据库时提供了全面的指导。

在未来的开发中，随着 Apache Cassandra 数据库的不断发展和更新，我们可以期待更高效、更稳定的数据库操作方法和工具。同时，开发者也可以根据实际需求，结合其他技术和工具，进一步优化数据处理和分析的流程，提高工作效率和数据质量。

以下是一个总结操作步骤的列表：
1. 安装 Database Toolbox Interface for Apache Cassandra Database。
2. 根据需求选择合适的语法创建 Cassandra 数据库连接。
3. 使用连接对象的属性查看数据库的相关信息，如键空间等。
4. 根据具体需求选择合适的函数进行数据导入、导出或执行 CQL 查询。
5. 在执行 CQL 查询时，可根据需要设置一致性级别。
6. 操作完成后，关闭数据库连接。

此外，为了更直观地展示整个操作流程，我们再次使用 mermaid 绘制一个更详细的流程图：

graph LR
    A[安装接口] --> B{选择连接方式}
    B -->|无身份验证| C[cassandra(contactPoints)]
    B -->|有身份验证| D[cassandra(contactPoints, username, password)]
    B -->|带选项| E[cassandra( ___ , Name, Value)]
    C --> F[获取连接对象属性]
    D --> F[获取连接对象属性]
    E --> F[获取连接对象属性]
    F --> G{选择操作类型}
    G -->|导入数据| H[使用 columninfo、partitionRead、tablenames 等函数]
    G -->|导出数据| I[使用 upsert 函数]
    G -->|执行查询| J[使用 executecql 函数]
    H --> K[处理数据]
    I --> K[处理数据]
    J --> K[处理数据]
    K --> L[关闭连接]

通过这个流程图，我们可以更清晰地看到从安装接口到完成数据操作并关闭连接的整个过程。希望本文能帮助开发者更好地掌握与 Apache Cassandra 数据库的交互方法，在实际项目中发挥更大的作用。