NoSQL數(shù)據(jù)庫原理

第 1章　緒論　1

　1.1 數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念　2

1.1.1　關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)　2

1.1.2　關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的瓶頸　4

1.1.3　NoSQL的特點(diǎn)　4

1.1.4　NewSQL的概念　6

1.1.5　NoSQL的典型應(yīng)用場(chǎng)景　7

　1.2 大數(shù)據(jù)的技術(shù)體系　8

1.2.1　大數(shù)據(jù)的特征　9

1.2.2　大數(shù)據(jù)的采集　10

1.2.3　大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)　11

1.2.4　大數(shù)據(jù)的管理和使用　13

1.2.5　數(shù)據(jù)可視化　13

1.2.6　大數(shù)據(jù)安全與治理　15

小結(jié)　15

思考題　16

第 2章　NoSQL數(shù)據(jù)庫的基本原理　17

　2.1 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的原理簡(jiǎn)述　18

2.1.1　關(guān)系模型　18

2.1.2　關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的完整性約束　19

2.1.3　關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的事務(wù)機(jī)制　19

2.1.4　關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的分布式部署　21

　2.2 分布式數(shù)據(jù)管理的特點(diǎn)　23

2.2.1　數(shù)據(jù)分片　24

2.2.2　數(shù)據(jù)多副本　24

2.2.3　一次寫入多次讀取　26

2.2.4　分布式系統(tǒng)的可伸縮性　27

　2.3 分布式系統(tǒng)的一致性問題　27

2.3.1　CAP原理　28

2.3.2　BASE和最終一致性　29

2.3.3　Paxos算法簡(jiǎn)介　30

　2.4 NoSQL的常見模式　33

2.4.1　鍵值對(duì)存儲(chǔ)模式　33

2.4.2　文檔式存儲(chǔ)模式　34

2.4.3　列存儲(chǔ)模式　35

2.4.4　圖存儲(chǔ)模式　36

　2.5 NoSQL系統(tǒng)的其他相關(guān)技術(shù)　37

2.5.1　分布式數(shù)據(jù)處理　37

2.5.2　時(shí)間同步服務(wù)　38

2.5.3　布隆過濾器　38

小結(jié)　40

思考題　40

第3章　HDFS的基本原理　41

　3.1 Hadoop概述　42

3.1.1　Hadoop的由來　42

3.1.2　Hadoop的架構(gòu)與擴(kuò)展　43

3.1.3　Hadoop的部署需求　45

　3.2 HDFS原理　46

3.2.1　HDFS架構(gòu)　46

3.2.2　Namenode的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　47

3.2.3　數(shù)據(jù)分塊和多副本機(jī)制　48

3.2.4　數(shù)據(jù)讀寫原理　50

3.2.5　HDFS支持的序列化文件　51

　3.3 部署和配置HDFS　52

3.3.1　部署HDFS　53

3.3.2　HDFS的基本配置　55

3.3.3　集群的啟動(dòng)和停止　57

　3.4 使用和管理HDFS　58

3.4.1　管理和操作命令　58

3.4.2　格式化Namenode　59

3.4.3　Namenode的安全模式　60

3.4.4　元數(shù)據(jù)恢復(fù)　61

3.4.5　子節(jié)點(diǎn)添加與刪除　61

3.4.6　HDFS文件系統(tǒng)操作　62

3.4.7　以Web方式查看文件系統(tǒng)　64

　3.5 MapReduce原理簡(jiǎn)介　66

　3.6 Hive分布式數(shù)據(jù)倉庫　68

小結(jié)　69

思考題　69

第4章　HBase的基本原理與使用　70

　4.1 HBase概述　71

　4.2 HBase的數(shù)據(jù)模型　72

　4.3 HBase的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　74

　4.4 HBase部署與配置　75

　4.5 子節(jié)點(diǎn)伸縮性管理　78

　4.6 HBase的基本操作　79

4.6.1　HBase Shell　79

4.6.2　表和列族操作　79

4.6.3　數(shù)據(jù)更新　82

4.6.4　數(shù)據(jù)查詢　83

4.6.5　過濾查詢　85

4.6.6　快照操作　89

　4.7 批量導(dǎo)入導(dǎo)出　89

4.7.1　批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)　89

4.7.2　備份和恢復(fù)　91

　4.8 通過Java訪問HBase　92

4.8.1　開發(fā)環(huán)境的配置　92

4.8.2　表的連接和操作　93

4.8.3　數(shù)據(jù)更新　94

4.8.4　數(shù)據(jù)查詢　96

4.8.5　刪除列和行　97

4.8.6　過濾器的使用　98

　4.9 通過Python訪問HBase　99

4.9.1　基于Thrift框架的多語言編程　99

4.9.2　環(huán)境準(zhǔn)備　100

4.9.3　代碼分析　101

小結(jié)　104

思考題　104

第5章　HBase的高 級(jí)原理　105

　5.1 水平分區(qū)原理　106

5.1.1　META表　106

5.1.2　數(shù)據(jù)寫入和讀取機(jī)制　108

5.1.3　預(yù)寫日志　110

5.1.4　分區(qū)拆分　111

　5.2 列族與Store　113

5.2.1　列族的屬性　113

5.2.2　表在HDFS上的存儲(chǔ)　115

5.2.3　HFile的結(jié)構(gòu)　116

5.2.4　Storefile合并　119

　5.3 數(shù)據(jù)表的基本設(shè)計(jì)原則　121

5.4　HBase集群的高可用性與伸縮性　121

5.4.1　Zookeeper的基本原理　122

5.4.2　基于Zookeeper的高可用性　124

5.4.3　獨(dú)立安裝Zookeeper　125

5.4.4　集群間同步復(fù)制　126

　5.5 HBase的擴(kuò)展　128

5.5.1　協(xié)處理器機(jī)制　128

5.5.2　基于HBase的分布式處理　129

5.5.3　擴(kuò)展開源軟件　131

5.5.4　FusionInsight HD簡(jiǎn)介　134

小結(jié)　135

思考題　136

第6章　Cassandra的原理和使用　137

　6.1 Cassandra概述　138

　6.2 Cassandra的技術(shù)原理　138

6.2.1　Amazon Dynamo　138

6.2.2　Cassandra的數(shù)據(jù)模型　143

6.2.3　Yaml格式　145

6.2.4　其他相關(guān)技術(shù)原理　146

　6.3 Cassandra的部署與配置　147

6.3.1　單節(jié)點(diǎn)部署Cassandra　147

6.3.2　Cassandra的配置文件　148

6.3.3　Cassandra集群部署　150

6.3.4　集群?jiǎn)?dòng)　150

　6.4 CQL語言與cqlsh環(huán)境　151

6.4.1　cqlsh環(huán)境簡(jiǎn)介　152

6.4.2　鍵空間管理　153

6.4.3　數(shù)據(jù)表管理　156

6.4.4　CQL的數(shù)據(jù)類型　158

　6.5 CQL數(shù)據(jù)查詢　161

6.5.1　基本數(shù)據(jù)查詢　161

6.5.2　條件查詢　162

6.5.3　索引機(jī)制　164

6.5.4　使用標(biāo)量函數(shù)　166

　6.6 CQL數(shù)據(jù)更新　166

6.6.1　插入、更新和刪除　166

6.6.2　讀寫一致性　169

6.6.3　集合列操作　171

6.6.4　計(jì)數(shù)器列的操作　174

6.6.5　日期時(shí)間列的操作　175

6.6.6　批量導(dǎo)入/導(dǎo)出數(shù)據(jù)　176

　6.7 基本集群維護(hù)方法　177

6.7.1　編程接口簡(jiǎn)介　177

6.7.2　多數(shù)據(jù)中心與機(jī)架感知策略　177

6.7.3　Nodetool工具　178

6.7.4　常見節(jié)點(diǎn)管理方法　180

　6.8 編程訪問Cassandra　181

6.8.1　通過Java訪問Cassandra　181

6.8.2　通過Python訪問Cassandra　182

　小結(jié)　183

　思考題　183

第7章　MongoDB的原理和使用　184

　7.1 概述　185

　7.2 MongoDB的技術(shù)原理　185

7.2.1　文檔和集合　185

7.2.2　分片機(jī)制和集群架構(gòu)　186

7.2.3　CouchDB簡(jiǎn)介　188

　7.3 安裝配置MongoDB　189

7.3.1　單機(jī)環(huán)境部署　189

7.3.2　MongoDB的配置文件　191

　7.4 基本命令行操作　191

7.4.1　Shell環(huán)境　191

7.4.2　數(shù)據(jù)庫和集合操作　193

7.4.3　基本增刪改查操作　194

7.4.4　聚合和管道　196

7.4.5　索引操作　198

7.4.6　Gridfs的原理和操作　201

　7.5 批量操作和數(shù)據(jù)備份　203

　7.6 MongoDB集群化部署　204

7.6.1　單機(jī)多實(shí)例　204

7.6.2　部署復(fù)制集　205

7.6.3　部署分片集　209

　7.7 通過Java訪問MongoDB　213

7.7.1　表和數(shù)據(jù)操作　213

7.7.2　Gridfs操作　216

　7.8 通過Python訪問MongoDB　218

小結(jié)　220

思考題　220

第8章　其他NoSQL數(shù)據(jù)庫簡(jiǎn)介　221

　8.1 圖數(shù)據(jù)庫簡(jiǎn)介　222

　8.2 Neo4j的安裝與使用　223

8.2.1　在Windows中安裝Neo4j　223

8.2.2　在CentOS 7中安裝Neo4j　224

8.2.3　Neo4j的Web操作界面　225

8.2.4　Cypher語言簡(jiǎn)介　226

8.2.5　通過Java訪問Neo4j　229

8.2.6　通過Python訪問Neo4j　230

　8.3 Redis和內(nèi)存數(shù)據(jù)庫　231

　8.4 搜索引擎系統(tǒng)　232

小結(jié)　236

思考題　236

附錄　237

附錄1　在CentOS 7上實(shí)現(xiàn)SSH無密碼訪問　237

附錄2　在CentOS 7上部署NTP服務(wù)端與客戶端　239

附錄3　在CentOS 7上安裝Python 3　240

附錄4　在CentOS 7上安裝Thrift編譯器　241

附錄5　《NoSQL數(shù)據(jù)庫原理》配套實(shí)驗(yàn)課程方案簡(jiǎn)介　242