【数据平台】之Cassandra大数据利器

1、Cassandra特点

因Cassandra采用了许多容错机制。由于Cassandra是无主的，类似区块链去中心化设计，所以不存在单点故障。可以做到在不停机情况下滚动升级。这是因为Cassandra可以支持多个节点的临时失效（取决于群集大小），对整个群集的性能影响可以忽略不计。
Cassandra提供LOCAL和REMOTE模式，支持多地域容灾。Cassandra允许您将数据复制到其他数据中心，并在多个地域保留多副本。除了作为强大的灾难恢复和业务连续性保障之外，这有助于满足许多监管，离线分析等要求，参考在线文档。
Cassandra提供强大QPS能力，多个节点可以轻松达到10W/TPS。

2、Cassandra部署

以cassandra 3.3.x安装为例，描述cassandra集群搭建过程，先将cassandra 3.3.x解压到Linux服务器目录/appuser/cassandra 3.3.x
以三节点集群为例：192.168.0.1,192.168.0.2,192.168.0.3，并选192.168.0.1为种子节点。

2.1、前置条件

2.1.1、配置jdk

需要SUN提供的JDK1.8，java -version查看JDK版本，注意不是OpenJDK

2.1.2、配置Cassandra环境变量

vi ~/.bash_profile
CASSANDRA_HOME=/appuser/cassandra 3.3.x

并在path后面加上

:$CASSANDRA_HOME/bin

执行：source ~/.bash_profile 让其配置生效
验证生效：echo $CASSANDRA_HOME

2.1.3、配置系统调优参数

（1）vi /etc/sysctl.conf 配置网络缓冲区和虚拟内存

net.ipv4.tcp_syncookies=1
net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
net.ipv4.tcp_tw_recycle=1
net.ipv4.tcp_synack_retries=2
net.ipv4.tcp_syn_retries=2
net.ipv4.tcp_wmem=8192436600873200
net.ipv4.tcp_rmem=32768436600873200
net.ipv4.tcp_mem=94500000 91500000 92700000
net.ipv4.tcp_max_orphans=3276800
net.ipv4.tcp_fin_timeout=30
vm.swappiness=5
vm.max_map_count=1048575

（2）vi /etc/security/limits.conf 配置资源限制

*-memlock unlimited
*- nofile 65535
*-nproc 32768
*-as unlimited

（3）vi /etc/security/limits.d/90-nproc.conf 配置文件打开数

*-nproc 32768

让配置生效：执行sysctl -p

2.2、配置cassandra.yaml

2.2.1、配置yaml，详细参考官方文档…

cd $CASSANDRA_HOME
cd conf
注意：后面加空格然后在添加参数
vi cassandra.yaml

cluster_name: 'xx-cluster'               #集群名称,每个节点相同
seeds: "192.168.0.1"                     #种子节点--注：集群启动时每个节点需配置相同的种子IP地址
listen_address:  "192.168.0.1"           #本机实际IP地址
rpc_address: "192.168.0.1"               #RPC服务，本机实际IP地址
data_file_directories: /appuser/data     #元数据路径
commitlog_directory: /appuser/logs       #日志存放目录
saved_caches_directory: /appuser/caches  #缓存存放目录
concurrent_compactors: 8
concurrent_reads: 32
concurrent_writes: 32
concurrent_counter_writes: 32
file_cache_size_in_mb: 2048             #注意tombstone会撑爆缓存，应根据数据量适当调整，或避免大表出现tombstone

2.2.2、配置jvm.options

#CMS Setting禁用CMS垃圾回收器，使用G1垃圾回收器，以下以主机内存为16G的参数调优为例：

-Xms10G
-Xmx10G
-XX:+UseG1GC
-XX:G1RSetUpdatingPauseTimePercent=5
-XX:MAXGCPauseMillis=500
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=75
-XX:ParallelGCThreads=16
-XX:ConcGCThreads=16             #默认为Parallel的1/4，设置相同减少STW
-XX:+AlwaysPreTouch
-XX:-UseBiasedLocking              #禁用偏向锁
#其他Print参数保持不变
-Xloggc: /appuser/cassandra/gc.log #以实际地址为准

2.3、启动cassandra

启动时，先启动种子节点，然后再启动其他节点。
cd ${CASSANDRA_HOME}/bin
./cassandra &

(1)、创建用户

./cqlsh IP 9042 -ucassandra -pcassandra;
-. /cqlsh IP 9042 -u cassuser -pcass123!
create user cassuser with password ‘cass123!’ superuser; #创建用户cassuser
grand all on keyspace casskeyspace to cassuser; #授权casskeyspace给cassuser用户
alter user cassandra with password ‘cass123!’; #更改用户cassandra的密码
create keyspace if not exists casskeyspace with durable writes =true and replication {‘class’: ‘org.apache.cassandra.locator.SimpleStrategy’, ‘replication_factor’: ‘3’}

2.4、`sstable压缩方式选择`

如何选择创建表，往往需要对读写场景进行分析，针对不同场景，压缩选择方式不仅相同，具体参考官方文档说明。
（1）SizeTieredCompactionStrategy(默认)
数据量达到阈值才进行压缩，Cassandra在内存数据达到一定大小时，会将数据排序写入磁盘生成一个sstable文件块，所以会提高写速度。

推荐用于写入密集型工作负载。
优点：非常好地压缩写入密集型工作负载。
缺点：可以保留陈旧数据的时间过长。所需的内存会随着时间的推移而增加。

（2）LeveledCompactionStrategy
各层无重复数据，检索速度快：同一层的各个sstable之间不会有重复的数据。所以在某一层和它上一层的数据块进行合并时，可以明确的知道某个key值处在哪个数据块中，可以一个数据块一个数据块的合并，合并后生成新块就丢掉老块。

推荐用于读取密集型工作负载。
优点：磁盘需求更容易预测。读取操作延迟更可预测。陈旧数据被更频繁地逐出。
缺点：更高的 I/O 利用率影响操作延迟

（3）DateTieredCompactionStrategy

推荐用于时间序列和即将到期的生存时间 (TTL)工作负载。
优点：非常适合时间序列数据，存储在对所有数据使用默认 TTL 的表中。比 DateTieredCompactionStrategy (DTCS) 更简单的配置，后者已被弃用而支持 TWCS。
缺点：如果需要乱序时间数据，则不合适，因为 SSTable 不会很好地压缩。此外，不适用于没有 TTL 工作负载的数据，因为存储将无限制地增长。与 DTCS 相比，可以进行更少的微调配置。

3、常用命令

3.1、集群状态查看

./nodetool status #查看集群总体状态
./nodetool tpsstats #查看集群总体各个阶段的性能
./nodetool cfsstats tbs.mkt_info |head -7 #查看集群读写延迟，超过1s重点关注

#tbs.mkt_info表示：keyspace.{keyspace}.keyspace.{table}

查看集群读写延迟统计信息，识别性能瓶颈问题，一般使用此命令，关注ReadLatency和WriteLatency的数值，超过1s重点关注
./nodetool proxyhistograms
查看对应表读写延迟统计信息，分析具体涉及表结构时，一般使用此命令，关注ReadLatency和WriteLatency的数值，超过1s重点关注
./nodetool tablehistograms tbs.mkt_info
查看集群KeyCache命中率，重点关注hists,命中率越高，说明缓存越有效
./nodetool info |grep ‘Key Cache’
查看集群RowCache命中率，重点关注hists,命中率越高，说明缓存越有效
./nodetool info |grep ‘Row Cache’
监控磁盘读写浏览，间隔2s刷新一次
iostat -dx 2

3.2、cql使用

./bin/cqlsh 进入cqlsh控制台

1、describe keyspaces;
2、describe types;
#可以查询SELECT * FROM tb;
3、describe tables
#进入keyspace
4、user keyspace
#进行数据查询，并将结果导出到日志
5、bin/cqlsh -e `SELECT id,title FROM t_videos;` >output.txt
#从文件导入,指定分隔符或表头
6、copy myspace.mytable(col1,col2,col3) from '/path/to/import.dat' with delimiter=','
copy myspace.mytable(col1,col2,col3) from '/path/to/import.dat' with delimiter=',' and header=true
#导出表到文件
7、copy myspace.mytable(col1,col2,col3) to'/path/to/export.dat' with delimiter=','
copy myspace.mytable(col1,col2,col3) to'/path/to/export.dat' with delimiter=',' and header=true
#清空表，类似mysql delete from tableName;
8、truncate tableName
#执行文件内脚本，针对一些权限限制严的场景(比如:银行)
9、./cqlsh IP 9042 -ucass -pcass123! -f ddl.sql

3.3、使用sstableloader

./bin/sstableloader -d 192.168.0.1,192.168.0.2,192.168.0.3 -u cassuser -pw cass123! -t 10 -cph 100 casskeyspace/test_dt_sstable

其中集群地址：192.168.0.1,192.168.0.2,192.168.0.3
生成的文件目录：casskeyspace/test_dt_sstable
限制流量-t：M/bps
每个节点建立连接数：-cph

3.4、官方压测工具

进入cassandra/tools工具目录

写压测：./bincassandra-stress write n=1000000 -rate threads=50 -node 192.168.0.1,192.168.0.2,192.168.0.3
#写压测(写100万行，写3个副本)
./bincassandra-stress write n=1000000 cl=LOCAL_QUORUM -rate threads=50 -schema “replication(factor=3)” -node 192.168.0.1,192.168.0.2,192.168.0.3
#读压测(读20万行，等待2个副本响应)
./bincassandra-stress read n=200000 cl=LOCAL_QUORUM -rate threads=50 -schema “replication(factor=2)” -node 192.168.0.1,192.168.0.2,192.168.0.3
插入100万条数据，读写比例3:1，一致性为QUORUM
./bincassandra-stress user profile=stress-leveled.yaml n=1000000 ops(insert=3,read=1) no-warmup cl=LOCAL_QUORUM - node 192.168.0.1,192.168.0.2,192.168.0.3 -port native=9042

3.5、创建表

详细请参考官方文档详细说明，这里只对如下参数做一点说明：
gc_grace_seconds ：数据被标记为墓碑（删除标记）后几秒钟，然后才有资格进行垃圾收集。默认值：864000（10 天）。默认值允许 Cassandra 在删除之前最大化一致性。建议对创建表都进行设定，以防墓碑不断增长导致预警。