Cassandra 的数据存储结构——本质是SortedMap<RowKey, SortedMap<ColumnKey, ColumnValue>>

Cassandra 的数据存储结构

Cassandra 的数据模型是基于列族（Column Family）的四维或五维模型。它借鉴了 Amazon 的 Dynamo 和 Google's BigTable 的数据结构和功能特点，采用 Memtable 和 SSTable 的方式进行存储。在 Cassandra 写入数据之前，需要先记录日志 ( CommitLog )，然后数据开始写入到 Column Family 对应的 Memtable 中，Memtable 是一种按照 key 排序数据的内存结构，在满足一定条件时，再把 Memtable 的数据批量的刷新到磁盘上，存储为 SSTable 。

图 1. Cassandra 的数据模型图：

1. Cassandra 的数据模型的基本概念：
2. Cluster : Cassandra 的节点实例，它可以包含多个 Keyspace
3. Keyspace : 用于存放 ColumnFamily 的容器，相当于关系数据库中的 Schema 或 database——类似mongodb里的namespace use xxx；
4. ColumnFamily : 用于存放 Column 的容器，类似关系数据库中的 table 的概念
5. SuperColumn ：它是一个特列殊的 Column, 它的 Value 值可以包函多个 Column
6. Columns：Cassandra 的最基本单位。由 name , value , timestamp 组成

下面是关于数据模型实例分析 :

图 2. 数据模型实例分析

说明：

(1) column family插入数据的方法

(2) Super column family插入数据的方法

从上图可以看出，SCF能够支持5维数据空间（分别为：keyspace，column family，super key， key， column name）。

下面摘自：http://www.justinablog.com/archives/882 可以看到，和上文的描述是一致的！

列（Column）

如果你对“列”的理解来自于关系型数据库，那么很容易产生和我之前一样的误解，以为Cassandra是把关系型数据库的行列进行了某种倒置而得到 的设计。其实不是这样的，Cassandra的列是一组键值对，它的结构如下图所示（事实上，这个数据结构是Cassandra 0.7.0，最新的2.0.3版本中ByteBuffer替代了byte[]，long型的日期时间替代了IClock）：

使用JSON描述的列结构：

{
    "name": "email",
    "value: "[email protected]",
    "timestamp": 1274654183103300
}

超级列（Super Column）的结构：

复合键（Composite Keys）

有时我们会遇到不同省份可能有同样的城市名称，或不同的城市有重名的街道，这时使用单一的城市名称或街道名称来作为Key就会无法识别。 Cassandra允许你使用Key1:Key2的结构来存储一对值作为Key，一个常见的例子是使 用<userid:lastupdate>这样的结构来存储用户ID及最后登录时间。下面是一个例子：

HotelByCity (CF) Key: city:state {
    key: Phoenix:AZ {AZC_043: -, AZS_011: -}
    key: San Francisco:CA {CAS_021: -}
    key: New York:NY {NYN_042: -}
}

最后让我们来巩固一下Cassandra和关系型数据库的区别吧：

• 没有查询语言：No SQL (Structured Query Language)；
• 没有外键约束：关系型数据库的最重要特征；
• 双重簇索引：在关系型数据库中，每个表只能指定一个簇索引，其它的索引查询都会导致全表扫描，但在Cassandra中，我们可以有第二级的簇索引；
• 排序是在设计时决策：Cassandra不支持Order By，排序是需要设计时考虑，而不是像在关系型数据库查询时刻使用Order By；
• 无数据结构约定：这是Cassandra最大的优势，在关系型数据库中，我们设计数据库结构时总是慎之又慎，但在Cassandra中不需要预先约定数据结构。

本文参考自《Cassandra: The Definitive Guide》

Cassandra数据模型

Colum / Colum Family, SuperColum / SuperColum Family

Column是数据增量最底层（也就是最小）的部分。它是一个包含名称（name）、值（value）和时间戳（timestamp）的三重元组。

下面是一个用JSON格式表示的column：

{  // 这是一个Column
name: "emailAddress", 
value: "[email protected]",
timestamp: 123456789  
}

需要注意的是，name和value都是二进制的（技术上指byte[]），并且可以是任意长度。

与HBase相比，除了Colum/Colum Family外，Cassandra还支持SuperColum/SuperColum Family。

SuperColum与Colum的区别就是，标准Column的value是一个“字符串”，而 SuperColumn的value是一个包含多个Column的map，另一个细微的差别是：SuperColumn没有时间戳。

{ // 这是一个SuperColumn 
name: "homeAddress",
// 无限数量的Column   
value: { 
street: {name: "street", value: "1234 x street", timestamp: 123456789},
city: {name: "city", value: "san francisco", timestamp: 123456789}, 
zip: {name: "zip", value: "94107", timestamp: 123456789},
}
}

Column Family（CF）是某个特定Key的Colum集合，是一个行结构类型，每个CF物理上被存放在单独的文件中。从概念上看，CF像数据库中的Table。

SuperColum Family概念上和Column Family（CF）相似，只不过它是Super Colum的集合。

Colum排序

不同于数据库可以通过Order by定义排序规则，Cassandra取出的数据顺序是总是一定的，数据保存时已经按照定义的规则存放，所以取出来的顺序已经确定了。另外，Cassandra按照column name而不是column value来进行排序。

Cassandra可以通过Colum Family的CompareWith属性配置Colume值的排序，在SuperColum中，则是通过SuperColum Family的CompareSubcolumnsWith属性配置Colum的排序。

Cassandra提供了以下一些选：BytesType，UTF8Type，LexicalUUIDType，TimeUUIDType，AsciiType， Column name识别成为不同的类型，以此来达到灵活排序的目的。