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Cassandra培训课程体系（选修）

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产品专题

专题一：Cassandra数据库管理基础
专题二：Cassandra数据建模与CQL开发
专题三：Cassandra高可用与一致性管理
专题四：Cassandra性能优化与调优
专题五：Cassandra备份恢复与集群管理
专题六：Cassandra云服务与生态工具

软件专题

专题七：Cassandra CQL深度开发与查询优化
专题八：Cassandra开发集成（Java/Python/Go）
专题九：Cassandra监控与运维自动化
专题十：Cassandra安全与权限管理
专题十一：Cassandra数据迁移与跨中心复制
专题十二：Cassandra高级特性与实践

专题一：Cassandra数据库管理基础

培训对象：

  • 新入职的数据库管理员、系统运维人员

  • 需要掌握Cassandra基础管理的开发人员

  • 准备DataStax Cassandra基础认证的初级从业者

培训目标：
掌握Cassandra的安装配置、体系结构、日常管理操作，能够独立完成集群搭建、节点管理、基本CQL操作，理解无中心架构的核心原理。

培训内容：

  1. NoSQL与Cassandra定位：列式数据库特性、CAP理论（AP）、最终一致性、适用场景（时序、消息、推荐等）

  2. Cassandra发展历史：从Facebook开源到DataStax商业化、版本演进

  3. 体系架构：无中心对等架构、Gossip协议、节点发现机制

  4. 数据模型基础：Keyspace、Table、Row、Column、Partition Key、Clustering Key

  5. 安装部署：单节点安装、多节点集群规划、配置文件（cassandra.yaml）核心参数

  6. 集群通信：Snitch（动态感知）、Gossip种子节点配置

  7. 客户端工具：cqlsh命令行使用、nodetool工具集、DataStax Studio

  8. 基本CQL操作：创建Keyspace、创建表、插入/查询/更新/删除数据

  9. 节点管理：启动/停止节点、节点状态查看（nodetool status）、节点添加/移除

  10. 日志管理：system.log调试、调试级别设置、慢查询日志

  11. 集群监控初步：nodetool info/tpstats/compactionhistory

  12. 综合实战：搭建三节点Cassandra集群并完成基本运维任务

专题二：Cassandra数据建模与CQL开发

培训对象：

  • 软件开发工程师、数据建模人员

  • 从关系型数据库转向Cassandra的开发人员

  • 需要设计高性能数据模型的架构师

培训目标：
掌握Cassandra数据建模的核心原则（围绕查询设计），能够根据业务访问模式设计合理的表结构、主键和二级索引，避免常见建模陷阱。

培训内容：

  1. 数据建模原则：围绕查询建模（Query-First Design）、反范式化、避免JOIN和事务

  2. 主键设计：Partition Key与Clustering Key的作用、唯一性保证、数据分布影响

  3. 查询驱动建模步骤：识别业务查询、设计表满足查询、评估性能与存储

  4. 表设计示例：用户表、时间序列表、物联网设备数据表

  5. 复合主键与排序：Clustering Key排序方向、多字段排序规则

  6. 二级索引：原生二级索引原理、局限性（性能、一致性）、何时使用

  7. 物化视图（Materialized View）：自动维护视图表、适用场景、注意事项

  8. 轻量级事务（LWT）：Compare-and-Set机制、性能影响、适用场景

  9. 集合类型：Set、List、Map的使用与限制（冻结集合、大小限制）

  10. 用户定义类型（UDT）：嵌套结构、适用场景

  11. TTL（Time To Live）：自动过期数据、表级和列级TTL

  12. 综合实战：为电商订单系统设计Cassandra数据模型

专题三：Cassandra高可用与一致性管理

培训对象：

  • 数据库管理员、系统架构师

  • 需要设计高可用、多数据中心方案的运维负责人

  • 准备DataStax高级认证的从业者

培训目标：
深入理解Cassandra高可用机制，掌握数据复制、一致性级别、多数据中心部署、故障检测与恢复，能够设计跨地域容灾架构。

培训内容：

  1. 数据复制机制：Partitioner（分区器）、Replication Factor、复制策略（SimpleStrategy/NetworkTopologyStrategy）

  2. 一致性级别：ONE、QUORUM、LOCAL_QUORUM、EACH_QUORUM、ALL等，读写一致性配置

  3. 读写协调过程：协调节点（Coordinator）、从副本读取、读修复（Read Repair）

  4. 提示移交（Hinted Handoff）：临时故障处理、hint存储与重放

  5. 故障检测与恢复：Phi Accrual Failure Detector、节点恢复后的数据同步（Hinted Handoff/修复）

  6. 节点修复（Node Repair）：nodetool repair必要性、增量修复、全量修复

  7. 多数据中心部署：NetworkTopologyStrategy配置、跨数据中心读写一致性

  8. 跨数据中心复制：每个数据中心独立副本因子、本地读优先

  9. 一致性权衡：强一致性与高可用的平衡、影响性能的因素

  10. 轻量级事务（LWT）与Paxos：内部Paxos协议实现、序列化一致性

  11. 容灾演练：节点故障模拟、数据中心故障模拟、恢复流程

  12. 综合实战：配置多数据中心集群并验证跨数据中心读写一致性

专题四：Cassandra性能优化与调优

培训对象：

  • 资深数据库管理员、性能优化工程师

  • 应用开发人员需要优化查询

  • 运维负责人

培训目标：
掌握Cassandra性能优化的核心方法，能够进行内存/磁盘/线程调优、Compaction策略选择、查询优化、硬件规划，提升集群吞吐和延迟。

培训内容：

  1. 性能影响因素：硬件、数据模型、查询模式、GC、操作系统

  2. 内存调优：堆内存设置、堆外内存、off-heap缓存、JVM调优基础

  3. 磁盘I/O优化：CommitLog/SSTable分离、Compaction I/O控制、RAID策略

  4. 线程池调优：并发读/写线程、Compaction线程数、TCP设置

  5. Compaction策略选择：SizeTieredCompaction、LeveledCompaction、TimeWindowCompactionStrategy适用场景

  6. 缓存配置：Key Cache、Row Cache、Counter Cache命中率优化

  7. 查询优化：避免全表扫描、ALLOW FILTERING使用限制、索引优化

  8. 分页查询：token函数分页、offset限制、高效游标

  9. 批量操作（Batch）：使用场景、性能影响、atomicity权衡

  10. 监控工具：nodetool cfstats、tpstats、proxyhistograms解读

  11. GC优化：G1GC配置、GC日志分析、停顿排查

  12. 综合实战：对Cassandra集群进行全链路压测与优化

专题五：Cassandra备份恢复与集群管理

培训对象：

  • 数据库管理员、灾备管理人员

  • 需要制定备份策略的运维工程师

  • 负责集群日常运维的人员

培训目标：
掌握Cassandra备份恢复的多种方法，能够进行快照备份、增量备份、跨集群数据同步，并能执行数据恢复、集群重建等操作。

培训内容：

  1. 备份概述：数据一致性保证、备份窗口、RPO/RTO设定

  2. 快照备份（Snapshot）：nodetool snapshot创建、增量备份与增量快照

  3. 备份文件管理：SSTable文件存储、提交日志备份可选项

  4. 恢复操作：快照恢复流程、同步恢复后的数据（incremental repair）

  5. 数据导入导出：COPY命令（CSV）、sstableloader工具（批量加载）

  6. 跨集群数据同步：Spark连接、DSBulk工具、自研ETL

  7. 集群扩缩容：添加新节点（bootstrap）、节点下线（decommission）、数据重新平衡

  8. 节点替换：硬件故障时用新节点替换、数据自动同步

  9. 集群升级：滚动升级步骤、版本兼容性、降级方案

  10. 元数据备份：system keyspace备份、schema导出

  11. 备份验证与演练：定期恢复演练、数据完整性检查

  12. 综合实战：执行节点替换和快照恢复演练

专题六：Cassandra云服务与生态工具

培训对象：

  • 云架构师、DevOps工程师

  • 需要将Cassandra部署到云环境的技术人员

  • 基于Cassandra的SaaS开发者

培训目标：
掌握云上Cassandra服务（如DataStax Astra、Amazon Keyspaces、阿里云Cassandra版）的使用方法，了解相关生态工具。

培训内容：

  1. 云Cassandra服务概览：DataStax Astra、Amazon Keyspaces、Azure Managed Instance for Cassandra、阿里云Cassandra

  2. DataStax Astra：无服务器模式、按量付费、内置监控

  3. Amazon Keyspaces：兼容Cassandra协议的AWS托管服务、容量模式

  4. 云上实例创建：网络配置（VPC）、安全组、访问控制（IAM）

  5. 连接与驱动：云服务连接方式（证书/令牌）、专用终端节点

  6. 备份与恢复：云服务内置备份、PITR、跨区域复制

  7. 监控与告警：云监控集成、性能指标、成本分析

  8. 迁移到云：cassandra-loader、AWS DMS、双写迁移

  9. 生态工具：DataStax Studio（数据建模与查询）、OpsCenter（监控管理）、K8s Operator

  10. 与大数据生态集成：Spark Connector、Flink Connector、Kafka Connect

  11. 客户端驱动兼容性：不同语言驱动对云服务的支持

  12. 综合实战：在DataStax Astra上创建集群并连接测试

专题七：Cassandra CQL深度开发与查询优化

培训对象：

  • 软件开发工程师

  • 需要编写复杂CQL查询的开发人员

  • 数据库性能调优人员

培训目标：
深入掌握CQL语法与高级特性，能够利用函数、聚合、条件更新、集合操作等编写高效查询，避免常见性能陷阱。

培训内容：

  1. CQL数据类型深入：uuid、timeuuid、duration、inet、tuple等

  2. 高级查询条件：IN、CONTAINS、LIKE（6.0+）、!=（6.0+）

  3. 聚合函数：COUNT、SUM、AVG、MIN、MAX（需ALLOW FILTERING）

  4. 分组与排序：GROUP BY（4.6+）、ORDER BY与分区内排序

  5. JSON支持：SELECT JSON、INSERT JSON、导出JSON

  6. 条件更新：IF EXISTS、IF NOT EXISTS、IF条件判断

  7. 批量操作优化：BATCH原子性保证、批量大小控制

  8. 计数器表：计数器类型、原子增量、适用场景

  9. 函数与表达式：WRITETIME、TTL、token、cast

  10. 索引性能考量：二级索引查询限制、索引选择建议

  11. 分页技术：paging state、自动分页、客户端游标

  12. 综合实战：使用CQL完成复杂报表查询（结合聚合与分页）

专题八：Cassandra开发集成（Java/Python/Go）

培训对象：

  • Java/Python/Go开发工程师

  • 需要连接Cassandra的应用开发者

  • 全栈开发人员

培训目标：
掌握主流语言连接Cassandra的客户端驱动使用方法，能够进行数据操作、连接池配置、异步处理，开发高性能应用。

培训内容：

  1. Java驱动：DataStax Java Driver（4.x/3.x）对比、依赖引入

  2. Java驱动基础：CqlSession构建、执行CQL、结果集处理

  3. Java驱动高级特性：异步执行、可重试策略、负载均衡策略（DCAware/TokenAware）

  4. Spring Data Cassandra集成：实体映射、CassandraRepository、模板使用

  5. Python驱动：DataStax Python Driver安装、Session配置、PreparedStatement

  6. Python异步支持：异步驱动（AIO）基础

  7. Go驱动：gocql包使用、连接配置、迭代器、扫描

  8. 连接池调优：连接数配置、心跳、空闲清理

  9. 异步与非阻塞：响应式编程与Cassandra结合（Reactive Cassandra）

  10. 对象映射框架：Kundera（JPA）、Achilles（高级对象映射）

  11. 数据一致性在客户端的实现：一致性级别配置、重试策略

  12. 综合实战：使用Spring Data Cassandra构建REST API

专题九：Cassandra监控与运维自动化

培训对象：

  • 数据库运维工程师、SRE

  • 监控系统建设人员

  • 需要构建自动化运维平台的工程师

培训目标：
掌握Cassandra监控体系与自动化运维工具，能够使用Prometheus、Grafana、DataStax OpsCenter等实现全栈监控和自动化管理。

培训内容：

  1. 监控指标分类：节点状态、吞吐量（读/写）、延迟（99th）、存储容量、GC活动

  2. DataStax OpsCenter：安装配置、监控面板、管理功能（修复/备份）

  3. JMX监控：Cassandra JMX MBean、jconsole/jmxterm使用

  4. Prometheus集成：cassandra-exporter、metric收集、配置

  5. Grafana仪表盘：预置面板导入、关键指标可视化

  6. 告警规则：节点宕机、高延迟、GC暂停、空间不足

  7. 日志分析：system.log、debug.log、gc.log分析工具

  8. nodetool命令自动化：脚本封装、状态检查、定期修复

  9. 自动化部署工具：Ansible Playbook、Chef Cookbooks

  10. 滚动升级自动化：版本升级步骤、健康检查

  11. 备份恢复自动化：定时快照、上传S3、恢复脚本

  12. 综合实战：使用Prometheus+OpsCenter构建完整监控体系

专题十：Cassandra安全与权限管理

培训对象：

  • 安全管理员、数据库管理员

  • 合规审计人员

  • 需要满足等保要求的系统负责人

培训目标：
掌握Cassandra安全配置，包括认证、授权、加密、审计，能够保护数据安全，满足合规要求。

培训内容：

  1. 安全框架：认证（Authentication）、授权（Authorization）、加密（Encryption）、审计（Audit）

  2. 认证配置：PasswordAuthenticator、LDAP集成、Kerberos（DataStax Enterprise）

  3. 角色与权限：CREATE ROLE、LOGIN、SUPERUSER、授权（GRANT/REVOKE）

  4. 对象权限：权限级别（ALL/ALTER/SELECT/MODIFY/DROP等）、级联授权

  5. 加密通信：node-to-node加密（TLS）、client-to-node加密

  6. 静态加密：数据文件加密（磁盘加密）、JVM系统属性

  7. 审计日志：审计类别配置、日志存储、告警集成

  8. 安全最佳实践：禁用默认端口、关闭不必要服务、最小权限原则

  9. 渗透测试基础：常见攻击向量（无认证、弱密码）

  10. 合规支持：与LDAP/AD集成、日志合规存储

  11. 网络安全策略：防火墙规则、安全组配置

  12. 综合实战：配置Cassandra集群启用认证与TLS

专题十一：Cassandra数据迁移与跨中心复制

培训对象：

  • 数据库架构师、数据迁移工程师

  • 需要执行异构数据迁移的技术人员

  • 多数据中心部署负责人

培训目标：
掌握从关系型数据库或其他NoSQL到Cassandra的数据迁移方法，以及跨数据中心的数据同步策略，确保数据无缝迁移和异地容灾。

培训内容：

  1. 迁移方法论：评估兼容性、数据建模调整、迁移工具选型

  2. 从RDBMS迁移：使用Spark Connector、读取JDBC写入Cassandra

  3. 从HBase迁移：利用ExportSnapshot、BulkLoad

  4. 从MongoDB迁移：自定义ETL、变更数据捕获（CDC）

  5. DSBulk工具：高性能批量导入导出、参数优化

  6. 实时同步：Kafka Connect Cassandra Sink Connector、CDC (Debezium)

  7. 跨数据中心复制：NetworkTopologyStrategy、异步复制、读写一致性

  8. 双活数据中心架构设计：本地读、本地写、冲突处理

  9. 迁移验证：数据一致性检查、性能对比、应用回归测试

  10. 停机迁移与在线迁移策略：双写、切流量

  11. 迁移后优化：compaction调整、缓存预热

  12. 综合实战：使用DSBulk将MySQL数据迁移到Cassandra

专题十二：Cassandra高级特性与实践

培训对象：

  • 高级数据库管理员、架构师

  • 需要利用Cassandra高级特性的技术专家

  • 准备DataStax高级认证的从业者

培训目标：
深入理解Cassandra高级特性，如物化视图、SASI索引、存储附加索引（SAI）、DSE特性，能够根据复杂场景设计优化方案。

培训内容：

  1. 物化视图深入：内部实现、性能影响、与二级索引对比

  2. SASI索引（实验性）：字符串索引增强、性能分析

  3. 存储附加索引（SAI）：DataStax Enterprise索引、索引选择建议

  4. 时序数据优化：TWCS Compaction策略、分区大小管理

  5. 计数器表高级应用：分布式计数器、批量递增

  6. 用户定义函数（UDF）与聚合（UDA）：DSE/开源版本支持

  7. Spark与Cassandra集成优化：数据本地性、分区切分

  8. 搜索引擎集成：DSE Search（Solr）、Elasticsearch与Cassandra集成

  9. 多租户实现：使用Keyspace隔离、资源限制（cgroups）

  10. 故障自愈自动化：结合运维工具实现自动修复

  11. 混沌工程实验：注入故障、验证系统韧性

  12. 综合实战：设计支持多租户、时序大数据的Cassandra架构




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