Apache Cassandra

Apple, Netflix o eBay utilizan en producción la base de datos Apache Cassandra

¿Qué es Apache Cassandra?

Apache Cassandra es una base de datos NoSQL de tipo columnar y almacena clave:valor. Esto significa que almacena los datos en columnas en lugar de por filas.

Apache Cassandra es un sistema de gestión de bases de datos distribuidas y escalables diseñado para manejar grandes volúmenes de datos en clústeres de servidores distribuidos. Fue desarrollado originalmente por Facebook y en 2008 se convirtió en un proyecto de código abierto de la Apache Software Foundation.

Apache Cassandra almacena los datos utilizando un modelo de datos basado en columnas. A diferencia de las bases de datos relacionales tradicionales, que almacenan datos en filas, Cassandra almacena los datos en columnas. Esto proporciona flexibilidad en la estructura de los datos y permite un rápido acceso a columnas individuales sin necesidad de leer toda la fila.

A continuación, se describe cómo Apache Cassandra almacena los datos:

• Column Family (Familia de Columnas): En Cassandra, los datos se organizan en lo que se llama una “Column Family” (Familia de Columnas), que es similar a una tabla en una base de datos relacional. Cada Column Family contiene filas y columnas.
• Filas: Dentro de una Column Family, cada fila se identifica de forma única por una clave de fila. Estas claves de fila son utilizadas para acceder y recuperar datos de manera eficiente. Cada fila puede contener un número variable de columnas.
• Columnas: Cada fila puede tener un número variable de columnas, y estas columnas son las que almacenan los datos reales. Cada columna se compone de tres componentes principales: un nombre de columna (o clave de columna), un valor de columna y una marca de tiempo. La marca de tiempo permite rastrear cuándo se escribió o actualizó la columna.
• Column Families Super (Column Families Superiores): Cassandra también admite column families superiores que permiten una capa adicional de organización de datos. Estas se utilizan para agrupar column families relacionadas.
• Clustering Key (Clave de Clustering): En Cassandra, las filas se pueden organizar dentro de una Column Family mediante el uso de una clave de clustering. Esto permite ordenar las filas dentro de una Column Family en función de los valores de la clave de clustering, lo que facilita la recuperación de datos en un orden específico.
• Particionamiento de Datos: Los datos se distribuyen en múltiples nodos del clúster de Cassandra utilizando un algoritmo de particionamiento basado en la clave de fila. Cada nodo es responsable de un rango específico de claves de fila. Esto permite la escalabilidad horizontal al agregar más nodos al clúster.
• Replicación de Datos: Cassandra replica automáticamente los datos en varios nodos para garantizar la disponibilidad y tolerancia a fallos. Los datos replicados se pueden configurar para distribuirse en diferentes nodos y centros de datos para mejorar la disponibilidad geográfica.

Ventajas y Características principales de Apache Cassandra

Las características clave de Apache Cassandra incluyen:

1. Escalabilidad horizontal: Cassandra se basa en un modelo de arquitectura distribuida que permite agregar más nodos de manera sencilla para aumentar la capacidad de almacenamiento y rendimiento del sistema.
2. Alta disponibilidad: Cassandra está diseñada para ser altamente disponible y tolerante a fallos. Los datos se replican automáticamente en múltiples nodos, lo que garantiza que el sistema siga funcionando incluso si algunos nodos fallan.
3. Modelo de datos flexible: Cassandra utiliza un modelo de datos basado en columnas que permite a los desarrolladores definir esquemas de datos flexibles y dinámicos. Esto facilita el almacenamiento de datos no estructurados o semiestructurados.
4. Rendimiento rápido: Cassandra está diseñada para ofrecer un rendimiento rápido en lecturas y escrituras, lo que la hace adecuada para aplicaciones que requieren acceso rápido a datos en tiempo real.
5. Tolerancia a fallos y recuperación automática: Cassandra es capaz de detectar y gestionar automáticamente fallos en los nodos del clúster, lo que garantiza la integridad de los datos y la disponibilidad del sistema.
6. Soporte para consultas complejas: Aunque inicialmente Cassandra se centró en operaciones de lectura y escritura simples, ha evolucionado para admitir consultas más complejas a través de CQL (Cassandra Query Language), que es similar a SQL en su sintaxis.
7. Distribución geográfica: Cassandra permite la distribución geográfica de datos, lo que la hace adecuada para aplicaciones que necesitan datos replicados en múltiples regiones para reducir la latencia.
8. Integración con otras tecnologías: Cassandra se puede integrar con diversas tecnologías de big data, como Apache Hadoop y Apache Spark, lo que la convierte en una opción popular para aplicaciones de análisis de datos a gran escala.

¿Para que utilizar Apache Cassandra?

Apache Cassandra es una base de datos NoSQL altamente escalable y distribuida y estas son razones para utilizar Apache Cassandra:

1. Para aplicaciones que necesitan manejar grandes volúmenes de datos y requieren un crecimiento flexible.
2. Ideal para aplicaciones que no pueden permitirse un tiempo de inactividad significativo.
3. Útil en aplicaciones que manejan datos no estructurados o semiestructurados.
4. Aplicaciones en tiempo real, como sistemas de seguimiento, redes sociales y aplicaciones de transmisión de datos en tiempo real.
5. Aplicaciones que necesiten garantizar la integridad de los datos incluso en entornos inestables.
6. Aplicaciones con replicas de datos en múltiples regiones para reducir la latencia y garantizar la disponibilidad en todo el mundo.

Ejemplos de utilización de Apache Cassandra

Apache Cassandra se utiliza en una variedad de aplicaciones y casos de uso, estos son algunos ejemplos de utilización de Apache Cassandra en diferentes ámbitos:

1. Redes Sociales: Plataformas de redes sociales como Facebook y Instagram utilizan Apache Cassandra para almacenar y gestionar datos de usuarios, publicaciones, comentarios y relaciones sociales. Cassandra permite escalar horizontalmente para manejar millones o incluso miles de millones de usuarios.
2. Big Data y Analítica: Se integra bien con tecnologías de big data como Apache Hadoop y Apache Spark, lo que permite el análisis de datos a gran escala y el procesamiento de flujos de datos en tiempo real.
3. Sistemas de Registro de Actividades: Aplicaciones y servicios que necesitan mantener registros de actividades y eventos, como sistemas de registro de eventos de seguridad, utilizan Cassandra para almacenar y analizar grandes volúmenes de datos de registro de manera eficiente.
4. Aplicaciones de Mensajería en Tiempo Real: Aplicaciones de mensajería en tiempo real, como WhatsApp, utilizan Cassandra para gestionar la mensajería en tiempo real, lo que requiere una alta velocidad de lectura y escritura y una alta disponibilidad.
5. Analítica de Datos en Tiempo Real: Empresas que necesitan realizar análisis de datos en tiempo real, como paneles de control en tiempo real o análisis de transmisiones de datos en vivo, utilizan Cassandra junto con herramientas de análisis como Apache Spark y Apache Kafka.
6. IoT (Internet de las cosas): Dispositivos IoT generan grandes volúmenes de datos que deben almacenarse y analizarse. Cassandra se utiliza en aplicaciones IoT para gestionar datos de sensores y dispositivos conectados.
7. Sistemas de Recomendación: Plataformas de comercio electrónico y servicios de transmisión de contenido utilizan Cassandra para almacenar datos de perfiles de usuarios y patrones de comportamiento con el fin de ofrecer recomendaciones personalizadas.
8. Aplicaciones Financieras: En el sector financiero, Cassandra se utiliza para el almacenamiento y gestión de datos transaccionales y de clientes, así como para la detección de fraudes en tiempo real.
9. Gestión de Contenido: Plataformas de gestión de contenido, como sistemas de gestión de documentos y blogs, utilizan Cassandra para almacenar y servir contenido de manera escalable.
10. Registros de Acceso y Sesión: Aplicaciones web y servicios en la nube utilizan Cassandra para registrar datos de acceso y sesiones de usuario, lo que facilita la auditoría y el análisis de la actividad del usuario.
11. Aplicaciones de Juegos: Juegos en línea y aplicaciones de juegos móviles utilizan Cassandra para gestionar datos de usuarios, líderes, estadísticas y eventos en tiempo real.

Empresas que utilizan Cassandra

Estas son empresas que han adoptado Cassandra en sus sistemas:

1. Facebook: Facebook fue una de las empresas que contribuyó al desarrollo inicial de Cassandra, y todavía lo utiliza para gestionar una gran cantidad de datos, incluyendo los perfiles de usuarios y la mensajería.
2. Instagram: Instagram, propiedad de Facebook, también emplea Cassandra para gestionar datos relacionados con sus millones de usuarios y sus interacciones en la plataforma.
3. Netflix: Netflix utiliza Cassandra para administrar datos críticos relacionados con sus servicios de transmisión de contenido, como recomendaciones personalizadas y registros de visualización.
4. Apple: Apple emplea Cassandra en varios de sus servicios, como iCloud, para garantizar la escalabilidad y la disponibilidad de los datos de los usuarios.
5. eBay: eBay utiliza Cassandra para gestionar datos de listados de productos y para proporcionar una plataforma de comercio electrónico altamente escalable.
6. Reddit: Reddit, una de las comunidades en línea más grandes del mundo, utiliza Cassandra para gestionar sus datos, incluyendo publicaciones, comentarios y votos.
7. Spotify: Spotify utiliza Cassandra para administrar datos relacionados con la música, como listas de reproducción personalizadas y seguimiento de la actividad del usuario.
8. Uber: Uber emplea Cassandra para gestionar datos relacionados con sus operaciones y para rastrear los viajes y las transacciones de los usuarios.
9. Cisco: Cisco utiliza Cassandra para recopilar y analizar datos de rendimiento de sus productos y para ofrecer servicios basados en la nube a sus clientes.
10. Twitter: Aunque Twitter ha migrado parte de su infraestructura a otras tecnologías, en el pasado utilizó Cassandra para gestionar tweets y datos relacionados con usuarios.
11. Walmart: Walmart utiliza Cassandra para gestionar datos de inventario y transacciones en sus sistemas de punto de venta y comercio electrónico.
12. Adobe: Adobe utiliza Cassandra en su plataforma de análisis y marketing para gestionar datos relacionados con el comportamiento de los usuarios en línea.

Instalar Apache Cassandra en un servidor Centos

Para instalar Apache Cassandra en un servidor CentOS ses necesario tener acceso de administrador (root) en el servidor CentOS y de haber realizado las actualizaciones del sistema.

Paso 2: Instalar Java

Cassandra requiere Java para funcionar. Puedes instalar OpenJDK, que es una implementación de código abierto de Java, con el siguiente comando:

Paso 3: Agregar el repositorio de Apache Cassandra

Debes agregar el repositorio oficial de Apache Cassandra a tu sistema CentOS. Para hacerlo, crea un archivo /etc/yum.repos.d/cassandra.repo con el siguiente contenido:

Luego, agrega las siguientes líneas al archivo y guárdalo:

[cassandra]
name=Apache Cassandra
baseurl=https://www.apache.org/dist/cassandra/redhat/311x/
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1
gpgkey=https://www.apache.org/dist/cassandra/KEYS

Paso 4: Instalar Apache Cassandra

Con el repositorio configurado, puedes instalar Cassandra utilizando yum:

Paso 5: Iniciar el servicio de Cassandra

Una vez que la instalación esté completa, puedes iniciar el servicio de Cassandra:

Paso 6: Habilitar el inicio automático de Cassandra al arrancar el sistema

Para asegurarte de que Cassandra se inicie automáticamente cuando se inicie el sistema, ejecuta:

Paso 7: Verificar el estado de Cassandra

Puedes verificar el estado de Cassandra para asegurarte de que se está ejecutando correctamente:

Paso 8: Configuración adicional (opcional)

Si es necesario, puedes realizar configuraciones adicionales en el archivo cassandra.yaml ubicado en /etc/cassandra. Asegúrate de ajustar la configuración según tus necesidades específicas.

Paso 9: Acceder a CQLSH (Cassandra Query Language Shell)

Para acceder a la interfaz de línea de comandos de Cassandra, CQLSH, puedes ejecutar:

Con esto Apache Cassandra debería estar instalado y funcionando en tu servidor CentOS. Puedes crear y administrar la base de datos utilizando CQLSH o mediante una conexión a través de un cliente de Cassandra.

Clientes para Apache Cassandra

Para interactuar con una base de datos Apache Cassandra, es necesario un cliente o una biblioteca que te permita realizar operaciones de lectura y escritura en la base de datos. Estos son algunos clientes y bibliotecas populares para trabajar con Apache Cassandra en varios lenguajes de programación:

1. CQLSH: Cassandra Query Language Shell (CQLSH) es una herramienta de línea de comandos que se incluye con la instalación de Apache Cassandra. Permite ejecutar consultas CQL directamente en la base de datos. Es útil para la administración y la exploración de datos.
2. Python Driver (cassandra-driver): El controlador Cassandra para Python, conocido como cassandra-driver, es una biblioteca ampliamente utilizada para interactuar con Cassandra desde aplicaciones Python.
3. Node.js Driver (cassandra-driver): La biblioteca cassandra-driver también está disponible para Node.js y permite a los desarrolladores trabajar con Cassandra desde aplicaciones Node.js.
4. Java Spring Data Cassandra: Si estás utilizando el marco de trabajo Spring de Java, puedes utilizar Spring Data Cassandra para interactuar con Cassandra de manera más sencilla y aprovechar la potencia de Spring.
5. Hector: Hector es una biblioteca de cliente Java para Cassandra que ofrece una API de nivel superior y es utilizada por algunos desarrolladores que prefieren una abstracción adicional.
6. Astyanax: Astyanax es otra biblioteca de cliente Java para Cassandra que proporciona una API rica y flexible para interactuar con la base de datos.
7. Ruby CQL: Ruby CQL es una biblioteca de cliente para Ruby que permite interactuar con Cassandra desde aplicaciones Ruby.
8. Cassandra-PHP-Client: Esta biblioteca proporciona soporte para PHP para interactuar con Cassandra
9. C#/.NET Driver (DataStax C# Driver for Apache Cassandra): DataStax proporciona un controlador oficial para C# y .NET que facilita la interacción con Cassandra desde aplicaciones basadas en estos lenguajes.
10. Scala Driver (DataStax Scala Driver for Apache Cassandra): DataStax también ofrece un controlador oficial para Scala que permite a los desarrolladores trabajar con Cassandra en aplicaciones Scala.
11. GoCQL: GoCQL es una biblioteca de cliente para Cassandra en el lenguaje de programación Go (Golang).

Herramientas GUI para Cassandra

1. DBHawk: DBHawk es una plataforma de administración de bases de datos que incluye soporte para Cassandra. Proporciona una GUI para administrar y consultar bases de datos Cassandra, así como características avanzadas de administración y colaboración.
2. Cassandra Reaper: Cassandra Reaper es una herramienta de código abierto desarrollada por Spotify para administrar y realizar tareas de mantenimiento en clústeres de Cassandra. Aunque no es una GUI en sí misma, proporciona una interfaz web que facilita la administración y el monitoreo de clústeres Cassandra.
3. DbVisualizer: DbVisualizer es una herramienta de administración de bases de datos que admite una variedad de bases de datos, incluyendo Cassandra. Proporciona una interfaz gráfica para consultar y administrar datos en Cassandra.