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Apache Cassandra NoSQL, uma tecnologia emergente

Colaboração: Alessandro de Oliveira Faria

Data de Publicação: 02 de abril de 2010

Neste documento veremos, sem mistério, um pouco da tecnologia emergente NoSQL (Apache Cassandra), que tomou o lugar do banco MySQL no projeto Twitter, segundo as notícias publicadas em toda internet, como também colocou em evidência o assunto.

Introdução

Desenvolvido inicialmente pelo Facebook como open source em 2008, cujo objetivo foi ampliar o universo de instalação MySQL, o Cassandra exerce com excelência a função de repositório de dados. Leve e desenvolvido na plataforma Java, ele não apresenta a sobrecarga de recurso do banco de dados convencionais. Atualmente o projeto é baseado na tecnologia emergente NoSQL e encontra-se incubado pela Fundação Apache.

Com poucos minutos de pesquisa na internet, é possível encontrar testes realizados por diversos segmentos demonstrando confiabilidade, escalabilidade e fácil gerenciamento. Atualmente o Twitter apresenta uma massa crítica e pesada baseada no seu monstruoso crescimento atrelado a escala temporal, sendo assim, este cenário é um excelente "caso de sucesso" para o Apache Cassandra.

Linux: Apache Cassandra NoSQL , uma tecnologia emergente.

Instalei o projeto Apache Cassandra e veremos na próxima página, passo-a-passo como fazê-lo sem trauma algum. NoSQL conta com sua maior aplicação atual: 100 terabytes de dados e 150 servidores (uma base consideravelmente grande). Diversas APIs de acesso proporcionam o seu uso de forma muito simples (Ruby, Perl, Scala, Python, PHP e Java).

O Digg usa o Cassandra, o Facebook (desenvolvedor original) e agora o Twitter. Isto demonstra que a desnormalização de dados não é um problema onde geralmente leva-se em conta ao custo do espaço em disco. O vasto campo do NoSQL está gerando grandes interesses, e as sua técnicas estão colocando em evidências os bancos de dados NoSQL.

O texto a seguir foi extraído do post do blog globalcoder e ilustra bem o atual polêmico cenário:

"Escalabilidade é um tema bastante complexo e armazenamento e processamento de grandes volumes de dados são focos de pesquisas que estão bem aquecidas hoje em dia. Um dos mais ativos movimentos nesta linha está tomando forma, encorpando e sendo batizado. Chama-se NoSQL. Em um livro recém lançado intitulado 'Hadoop: The Definitive Guide' (escrito por Tom White) há uma passagem digna de nota (em uma tradução livre):
Este é o resumo de como a história acerca de escalabilidade no uso de um banco de dados relacional se desenrola. A seguinte lista assume uma aplicação de sucesso, de demanda crescente.
Lançamento ao público inicial

Cópia da instância MySQL de desenvolvimento para o ambiente de produção, compartilhado e remoto, tendo um esquema de dados bem definido.

A aplicação se torna mais popular; requisições demasiadas de leitura atingindo o banco de dados:

Adiciona-se "memcached" ao sistema para que as requisições mais comuns se mantenham em memória. As leituras ao banco de dados não são mais estritamente ACID; dados armazenados em memória devem ser invalidados por algum mecanismo.

A aplicação continua com crescente demanda; requisições demasiadas de escrita atingindo o banco de dados:

Escala-se verticalmente o MySQL através da atualização de hardware do servidor com 16 núcleos, 128 GB de RAM e bancos de discos rígidos com 15000 RPMs. Oneroso.

Novos recursos implementados no sistema aumentam a complexidade das consultas SQL; agora temos muitos "joins":

Desnormalização dos dados para reduzir "joins" (isto não é o que eles ensinam na escola para DBA).

Demanda da aplicação cresce e derruba o servidor; tudo está muito lento:

Para-se com qualquer processamento no lado do servidor.

Algumas consultas ainda estão lentas:

Cria-se periodicamente "views" materializadas das consultas mais complexas, tenta-se eliminar "joins" na maioria dos casos.

Leituras estão aceitáveis mas escritas estão cada vez mais lentas e lentas:

Elimina-se índices secundários e "triggers"! Sem índices? ...

Quantos de nós estamos envolvidos com sistemas que estão nesta rota? Será mesmo que nossas aplicações nunca atingirão tais níveis?"

Texto extraído de: http://blog.globalcode.com.br/

Bom, agora chega de blá, blá, blá e partiremos para o que realmente interessa, a mão na massa...

Jogo rápido, download e instalação

Em primeiro lugar efetue o download do software

  # wget http://linorg.usp.br/apache/cassandra/0.5.1/apache-cassandra-0.5.1-bin.tar.gz

Descompacte o pacote com o tradicional comando "tar -zxvf" e configure a variável ambiental CASSANDRA_HOME:

  # cd /opt
  # tar -zxvf apache-cassandra-0.5.1-bin.tar.gz
  # export CASSANDRA_HOME=/opt/apache-cassandra-0.5.1

Modifique o arquivo storage-conf.xml conforme as suas necessidades e crie as pastas:

  # cd /opt/apache-cassandra-0.5.1/conf/
  # vi storage-conf.xml

Crie os diretórios especificados no arquivo storage-conf.xml mencionado anteriormente.

  # mkdir -p /var/lib/cassandra/commitlog
  # mkdir /var/lib/cassandra/data
  # mkdir /var/lib/cassandra/callouts
  # mkdir /var/lib/cassandra/staging
  # mkdir -p /var/log/cassandra
  # mkdir -p /var/lib/cassandra

ATENÇÃO

Se você optou baixar o código fonte, basta utilizar o comando abaixo para compilar o pacote:

  # ant ivy-retrieve

Pronto, inicie o serviço Cassandra executando o script "cassandra" na pasta bin seguido do parâmetro -f:

  # bin/cassandra -f

Para executar o cliente, entre na pasta /opt/apache-cassandra-0.5.1/bin/ e execute o comando "cassandra-cli" seguido no IP do servidor e a porta. No nosso caso, utilizaremos o valores default (localhost e porta 9160).

  # cd /opt/apache-cassandra-0.5.1/bin/
  # ./cassandra-cli --host localhost --port 9160
  Connected to localhost/9160
  Welcome to cassandra CLI.
  
  Type 'help' or '?' for help. Type 'quit' or 'exit' to quit.
  Cassandra>

Agora no console cliente do Cassandra, utilize os comandos do exemplo abaixo para inserir uma chave:

  cassandra> set Keyspace1.Standard1['cabelo']['first'] = 'Alessandro'
  Value inserted.
  cassandra> set Keyspace1.Standard1['cabelo']['last'] = 'Faria'
  Value inserted.
  cassandra> set Keyspace1.Standard1['cabelo']['age'] = '38'
  Value inserted.

Consultando a chave inclusa anteriormente:

  cassandra> get Keyspace1.Standard1['cabelo']
  => (column=6c617374, value=Faria, timestamp=1267416876445)
  => (column=6669727374, value=Alessandro, timestamp=1267416865908)
  => (column=616765, value=38, timestamp=1267416894415)
  Returned 3 results.

Excluindo a chave adicionada anteriormente:

  cassandra> del Keyspace1.Standard1['cabelo']
  row removed.

E o desenvolvimento? Para os desenvolvedores, sugiro o projeto Cassandra Java Client. A seguir uma receita de bolo (da página oficial) de como efetuar o download e testá-lo:

  $ svn checkout https://cassandra-java-client.googlecode.com/svn/trunk/ cassandra-java-client
  $ cd cassandra-java-client
  $ mvn install

Abaixo um código exemplo extraível da própria página do projeto:

  CassandraClient cl = pool.getClient() ;
  KeySpace ks = cl.getKeySpace("Keyspace1") ;
  
  // insert value
  ColumnPath cp = new ColumnPath("Standard1" , null, "testInsertAndGetAndRemove".getBytes("utf-8"));
  
  for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
    ks.insert("testInsertAndGetAndRemove_"+i, cp , ("testInsertAndGetAndRemove_value_"+i).getBytes("utf-8"));
  }
  
  //get value
  for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
    Column col = ks.getColumn("testInsertAndGetAndRemove_"+i, cp);
    String value = new String(col.getValue(),"utf-8") ;
    assertTrue( value.equals("testInsertAndGetAndRemove_value_"+i) ) ;
  }
  
  
  //remove value
  for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
    ks.remove("testInsertAndGetAndRemove_"+i, cp);
  }
  
  
  try{
    ks.remove("testInsertAndGetAndRemove_not_exist", cp);
  }catch(Exception e){
    fail("remove not exist row should not throw exceptions");
  }
  
  //get already removed value
  for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
    try{
       Column col = ks.getColumn("testInsertAndGetAndRemove_"+i, cp);
       fail("the value should already being deleted");
    }catch(NotFoundException e){
  
    }catch(Exception e){
       fail("throw out other exception, should be NotFoundException." + e.toString() );
    }
  }
  
  pool.releaseClient(cl) ;
  pool.close() ;

Acredito que este documento permita alavancar o interesse para outros projetos com a tecnologia NoSQL. Como sempre menciono: Colaborar atrai amigos, competir atrai inimigos...

Alessandro Faria é sócio-proprietário da empresa NETi TECNOLOGIA fundada em Junho de 1996 (http://www.netitec.com.br), empresa especializada em desenvolvimento de software e soluções biométricas, Consultor Biométrico na tecnologia de reconhecimento facial, atuando na área de tecnologia desde 1986 assim propiciando ao mercado soluções em software. Leva o Linux a sério desde 1998 com desenvolvimento de soluções open-source, membro colaborador da comunidade Viva O Linux, mantenedor da biblioteca open-source de vídeo captura entre outros projetos.