Cassandra 接口

本页面比较了 Apache Cassandra 和 Spanner 架构，并有助于您了解 Spanner Cassandra 接口的功能和限制。本文档假定您熟悉 Cassandra，并希望在将 Spanner 用作数据库的时迁移现有应用或设计新应用。

Cassandra 和 Spanner 都是为需要高可伸缩性和低延迟的应用而构建的大规模分布式数据库。虽然这两种数据库都可以支持要求苛刻的 NoSQL 工作负载，但 Spanner 为数据建模、查询和事务操作提供了高级功能。如需详细了解 Spanner 如何满足 NoSQL 数据库条件，请参阅适用于非关系型工作负载的 Spanner。

核心概念

本部分比较了 Cassandra 和 Spanner 的关键概念。

术语

Cassandra	Spanner
集群	实例 Cassandra 集群相当于 Spanner 实例 - 一组服务器和存储资源。由于 Spanner 是一项托管式服务，因此您无需配置底层硬件或软件。您只需指定要为实例预留的节点数量，或使用自动扩缩来自动扩缩实例。实例就像是数据库的容器。您还可以在实例级别选择数据复制拓扑（单区域、双区域或多区域）。
键空间	数据库 Cassandra 键空间相当于 Spanner 数据库，后者是一系列表和其他架构元素（例如索引和角色）。与键空间不同，您无需配置复制位置。 Spanner 会自动将您的数据复制到实例中指定的区域。
表格	表在 Cassandra 和 Spanner 中，表都是由表架构中指定的主键标识的行集合。
分区	分块 Cassandra 和 Spanner 都通过对数据进行分片来实现扩容。在 Cassandra 中，每个分片称为分区；而在 Spanner 中，每个分片称为分块。Cassandra 使用哈希分区，这意味着系统会根据主键的哈希值，将每行独立分配给一个存储节点。Spanner 是范围分片的，这意味着在主键空间中相邻的行在存储空间中也是相邻的（分块边界除外）。 Spanner 会根据负载和存储空间进行拆分和合并，这对应用来说是透明的。关键含义在于，与 Cassandra 不同，在 Spanner 中，对主键前缀进行范围扫描是一种高效操作。
Row	行在 Cassandra 和 Spanner 中，行都是由主键唯一标识的列集合。与 Cassandra 一样，Spanner 也支持复合主键。与 Cassandra 不同，Spanner 不区分分区键和聚簇列，因为数据是按范围分片的。您可以将 Spanner 视为仅具有聚簇列，并在后台管理分区。
列	列在 Cassandra 和 Spanner 中，列都是一组具有相同类型的数据值。表中的每一行都有一个值。如需详细了解如何将 Cassandra 列类型与 Spanner 进行比较，请参阅数据类型。

架构

Cassandra 集群由一组服务器和与这些服务器同位于一个位置的存储空间组成。哈希函数会将来自分区键空间的行映射到虚拟节点 (vnode)。然后，系统会为每个服务器随机分配一组虚拟节点来处理一部分集群键空间。vNode 的存储空间会本地附加到服务节点。客户端驱动程序直接连接到服务节点，并处理负载均衡和查询路由。

Spanner 实例由复制拓扑结构中的一些服务器组成。Spanner 会根据 CPU 和磁盘用量，动态地将每个表分割成行范围。系统会将分片分配给计算节点以提供服务。数据实际存储在 Google 的分布式文件系统 Colossus 上，与计算节点分开存储。客户端驱动程序连接到 Spanner 的前端服务器，这些服务器会执行请求路由和负载均衡。如需了解详情，请参阅 Spanner 读取和写入生命周期白皮书。

从总体上看，这两种架构都会随着资源添加到底层集群而进行扩缩。借助 Spanner 的计算和存储分离功能，计算节点之间的负载可以更快地重新平衡，以应对工作负载变化。与 Cassandra 不同，分片移动不会涉及数据移动，因为数据会保留在 Colossus 上。此外，对于希望按分区键对数据进行排序的应用，Spanner 的基于范围的分区可能更自然。基于范围的分区的另一面是，如果未考虑其他架构设计，写入键空间一端（例如，按当前时间戳键入的表）的工作负载可能会出现热点。如需详细了解如何克服热点问题，请参阅架构设计最佳实践。

一致性

在 Cassandra 中，您必须为每项操作指定一致性级别。如果您使用仲裁一致性级别，大多数副本节点必须响应协调器节点，才能将操作视为成功。如果您使用一致性级别 1，Cassandra 需要单个副本节点响应，才能将操作视为成功。

Spanner 提供强一致性。Spanner API 不会向客户端公开副本。Spanner 客户端与 Spanner 交互时，就像它是一个单机数据库一样。在 Spanner 向用户报告写入成功之前，写入操作始终会写入大多数副本。任何后续读取都会反映新写入的数据。应用可以选择在过去某个时间点读取数据库的快照，这可能会比强读取带来更好的性能。如需详细了解 Spanner 的一致性属性，请参阅事务概览。

Spanner 旨在支持大规模应用所需的一致性和可用性。Spanner 可大规模提供强一致性和高性能。对于需要此功能的用例，Spanner 支持快照（过时）读取，以降低新鲜度要求。

Cassandra 接口

借助 Cassandra 接口，您可以使用熟悉的 Cassandra 工具和语法来利用 Spanner 的全全托管式、可扩缩且高度可用的基础设施。本页面有助于您了解 Cassandra 接口的功能和限制。

Cassandra 接口的优势

可移植性：Cassandra 接口可使用与 Cassandra 兼容的架构、查询和客户端来访问广泛的 Spanner 功能。这简化了将基于 Spanner 构建的应用迁移到其他 Cassandra 环境的过程，反之亦然。这种可移植性可提供部署灵活性，并支持灾难恢复场景，例如紧急退出。
熟悉性：如果您已经在使用 Cassandra，那么可以使用许多相同的 CQL 语句和类型快速开始使用 Spanner。
不妥协地使用 Spanner：由于 Cassandra 接口是基于 Spanner 现有基础构建的，因此它可以提供 Spanner 现有的所有可用性、一致性和性价比优势，而无需在 GoogleSQL 生态系统的补充功能中妥协任何可用功能。

CQL 兼容性

支持 CQL 方言：Spanner 提供了一部分 CQL 方言，包括数据查询语言 (DQL)、数据操纵语言 (DML)、轻量级事务 (LWT)、聚合函数和日期时间函数。
支持的 Cassandra 功能：Cassandra 接口支持 Cassandra 的许多最常用功能。这包括架构和类型系统的核心部分、许多常见查询形状、各种函数和运算符，以及 Cassandra 系统目录的关键方面。应用可以通过 Spanner 实现的 Cassandra 传输协议连接来使用多个 Cassandra 客户端或驱动程序。
客户端和传输协议支持：Spanner 使用 Cassandra 适配器（与您的应用一起运行的轻量级客户端）支持 Cassandra 传输协议 v4 的核心查询功能。这样，许多 Cassandra 客户端就可以与 Spanner Cassandra 接口数据库一起使用，同时利用 Spanner 的全球端点和连接管理以及 IAM 身份验证。

支持的 Cassandra 数据类型

下表列出了支持的 Cassandra 数据类型，并将每种数据类型映射到等效的 Spanner GoogleSQL 数据类型。

	支持的 Cassandra 数据类型	Spanner GoogleSQL 数据类型
数值类型	`tinyint`（8 位有符号整数）	`INT64`（64 位有符号整数） Spanner 支持单个 64 位宽数据类型，用于有符号整数。
	`smallint`（16 位有符号整数）
	`int`（32 位有符号整数）
	`bigint`（64 位有符号整数）
	`float`（32 位 IEEE-754 浮点）	`FLOAT32`（32 位 IEEE-754 浮点）
	`double`（64 位 IEEE-754 浮点）	`FLOAT64`（64 位 IEEE-754 浮点）
	`decimal`	对于精度固定的小数，请使用 `NUMERIC` 数据类型（精度 38 标度 9）。
	`varint`（可变精度整数）	对于精度固定的小数，请使用 `NUMERIC` 数据类型（精度 38 标度 9）。
字符串类型	`text`	`STRING(MAX)` `text` 和 `varchar` 都会存储和验证 UTF-8 字符串。在 Spanner 中，`STRING` 列需要指定其最大长度。这不会影响存储空间；此操作仅用于验证目的。
	`varchar`
	`ascii`	`STRING(MAX)`
	`uuid`	`STRING(MAX)`
	`inet`	`STRING(MAX)`
	`blob`	`BYTES(MAX)` 如需存储二进制数据，请使用 `BYTES` 数据类型。
日期和时间类型	`date`	`DATE`
	`time`	`INT64` Spanner 不支持专用时间数据类型。使用 `INT64` 存储纳秒时长。
	`timestamp`	`TIMESTAMP`
	`timeuuid`	`STRING(MAX)`
容器类型	`set`	`ARRAY` Spanner 不支持专用的 `set` 数据类型。使用 `ARRAY` 列表示 `set`。
	`list`	`ARRAY` 使用 `ARRAY` 存储类型化的对象列表。
	`map`	`JSON` Spanner 不支持专用映射类型。使用 `JSON` 列表示映射。
其他类型	`boolean`	`BOOL`
	`counter`	`INT64`

数据类型注解

借助 cassandra_type 列选项，您可以定义 Cassandra 和 Spanner 数据类型之间的映射。如果您在 Spanner 中创建了一个表，并打算使用与 Cassandra 兼容的查询与该表进行交互，则可以使用 cassandra_type 选项为每个列指定相应的 Cassandra 数据类型。然后，Spanner 会使用此映射在两个数据库系统之间传输数据时正确解释和转换数据。

例如，如果 Cassandra 中有一个架构如下的表：

CREATE TABLE Albums (
  albumId uuid,
  title varchar,
  artists set<varchar>,
  tags  map<varchar, varchar>,
  numberOfSongs tinyint,
  releaseDate date,
  copiesSold bigint,
  score frozen<set<int>>
  ....
  PRIMARY KEY(albumId)
)

在 Spanner 中，您可以使用类型注解映射到 Cassandra 数据类型，如下所示：

CREATE TABLE Albums (
  albumId       STRING(MAX) OPTIONS (cassandra_type = 'uuid'),
  title         STRING(MAX) OPTIONS (cassandra_type = 'varchar'),
  artists       ARRAY<STRING(max)> OPTIONS (cassandra_type = 'set<varchar>'),
  tags          JSON OPTIONS (cassandra_type = 'map<varchar, varchar>'),
  numberOfSongs INT64 OPTIONS (cassandra_type = 'tinyint'),
  releaseDate   DATE OPTIONS (cassandra_type = 'date'),
  copiesSold    INT64 OPTIONS (cassandra_type = 'bigint'),
  score         ARRAY<INT64> OPTIONS (cassandra_type = 'frozen<set<int>>')
  ...
) PRIMARY KEY (albumId);

在上一个示例中，OPTIONS 子句会将列的 Spanner 数据类型映射到其对应的 Cassandra 数据类型。

albumId (Spanner STRING(MAX)) 映射到 Cassandra 中的 uuid。
title (Spanner STRING(MAX)) 映射到 Cassandra 中的 varchar。
artists (Spanner ARRAY<STRING(MAX)>) 映射到 Cassandra 中的 set<varchar>。
tags (Spanner JSON) 映射到 Cassandra 中的 map<varchar,varchar>。
numberOfSongs (Spanner INT64) 映射到 Cassandra 中的 tinyint。
releaseDate (Spanner DATE) 映射到 Cassandra 中的 date。
copiesSold (Spanner INT64) 映射到 Cassandra 中的 bigint。
score (Spanner ARRAY<INT64>) 在 Cassandra 中映射到 frozen<set<int>>。

修改 `cassandra_type` 选项

您可以使用 ALTER TABLE 语句对现有列添加或修改 cassandra_type 选项。

如需向尚无 cassandra_type 选项的列添加该选项，请使用以下语句：

ALTER TABLE Albums ALTER COLUMN uuid SET OPTIONS (cassandra_type='uuid');

在此示例中，Albums 表中的 uuid 列使用设置为 uuid 的 cassandra_type 选项进行了更新。

如需修改现有的 cassandra_type 选项，请将 ALTER TABLE 语句与新 cassandra_type 值结合使用。例如，如需将 Albums 表中 numberOfSongs 列的 cassandra_type 从 tinyint 更改为 bigint，请使用以下语句：

ALTER TABLE Albums ALTER COLUMN numberOfSongs SET OPTIONS (cassandra_type='bigint');

您只能修改以下类型：

原始类型	目标类型
tinyint	smallint、int、bigint
smallint	int、bigint
int	bigint
float	double
text	varchar
ascii	varchar、text

直接和精细映射

在许多情况下，Spanner 和 Cassandra 数据类型之间的映射非常简单。例如，Spanner STRING(MAX) 映射到 Cassandra varchar，Spanner INT64 映射到 Cassandra bigint。

不过，在某些情况下，映射需要更多考虑和调整。例如，您可能需要将 Cassandra smallint 映射到 Spanner INT64。

支持的 Cassandra 函数

本部分列出了 Spanner 中支持的 Cassandra 函数。

下面列出了 Spanner 对 Cassandra 函数的支持。

所有聚合函数
所有日期时间函数（currentTimeUUID 除外）
所有转换函数（blob 转换函数除外）
所有轻量级事务函数（BATCH 条件除外）
不支持以下所有查询函数：

存留时间 (TTL)

从 Cassandra 迁移时，请向 Spanner 表中添加行删除政策，以便在 INSERT 或 UPDATE 语句中使用 USING TTL 选项，或者使用 Spanner TTL。

Spanner TTL 逻辑在行级层运行，而 Cassandra 的 TTL 逻辑可在单元级层应用。如需使用 Spanner TTL，您必须在行删除政策中包含时间戳列和时间间隔。在相应行相对于时间戳超过指定时长后，Spanner 会删除该行。

Spanner TTL 删除操作不是即时完成的。异步后台过程会删除过期的行，删除操作最多可能需要 72 小时。

如需了解详情，请参阅为 Cassandra 数据启用 TTL。

Spanner 中不支持的 Cassandra 功能

请务必了解，Cassandra 接口通过与 Cassandra 兼容的架构、类型、查询和客户端提供 Spanner 的功能。它不支持 Cassandra 的所有功能。将现有 Cassandra 应用迁移到 Spanner 可能需要进行一些重做，以适应不受支持的 Cassandra 功能或行为差异，例如查询优化或主键设计。不过，迁移后，您的工作负载可以利用 Spanner 的可靠性和独特的多模型功能。

下面列出了有关不支持的 Cassandra 功能的详细信息：

不支持某些 CQL 语言功能：用户定义的类型和函数、写入时间戳。
Spanner 和 Google Cloud 控制平面：具有 Cassandra 接口的数据库使用 Spanner 和 Google Cloud工具来预配、保护、监控和优化实例。Spanner 不支持 nodetool 等工具来执行管理活动。

DDL 支持

使用 Cassandra 接口不直接支持 CQL DDL 语句。对于 DDL 更改，您必须使用 Spanner Google Cloud 控制台、gcloud 命令或客户端库。

连接

Cassandra 客户端支持

借助 Spanner，您可以通过各种客户端连接到数据库：
- Cassandra 适配器可用作进程内帮助程序或边车代理，用于将 Cassandra 应用连接到 Cassandra 接口。如需了解详情，请参阅使用 Cassandra 适配器连接到 Spanner。
- Cassandra 适配器可以作为独立进程本地启动，并使用 CQLSH 进行连接。如需了解详情，请参阅将 Cassandra 接口连接到您的应用。

使用 Identity and Access Management 控制访问权限

您需要拥有 spanner.databases.adapt、spanner.databases.select 和 spanner.databases.write 权限才能对 Cassandra 端点执行读写操作。如需了解详情，请参阅 IAM 概览。

如需详细了解如何授予 Spanner IAM 权限，请参阅应用 IAM 角色。

监控

Spanner 提供以下指标，以帮助您监控 Cassandra 适配器：

spanner.googleapis.com/api/adapter_request_count：捕获并公开 Spanner 每秒执行的适配器请求数，或每秒在 Spanner 服务器上发生的错误数。
spanner.googleapis.com/api/adapter_request_latencies：捕获并公开 Spanner 处理适配器请求所用的时间。

您可以创建自定义 Cloud Monitoring 信息中心，以显示和监控 Cassandra 适配器的指标。自定义信息中心包含以下图表：

P99 请求延迟时间：数据库的每 message_type 服务器请求延迟时间的第 99 百分位分布情况。
P50 请求延迟时间：数据库的每 message_type 服务器请求延迟时间的第 50 百分位分布情况。
API 请求数（按消息类型）：数据库的每 message_type 的 API 请求数。
API 请求数（按操作类型）：您的数据库的每 op_type 的 API 请求数。
错误率：数据库的 API 错误率。

Google Cloud 控制台

下载 cassandra-adapter-dashboard.json 文件。此文件包含在 Monitoring 中填充自定义信息中心所需的信息。
在 Google Cloud 控制台中，前往 信息中心页面：
前往信息中心

如果您使用搜索栏查找此页面，请选择子标题为监控的结果。
在信息中心概览页面中，点击创建自定义信息中心。
在信息中心工具栏中，点击信息中心设置图标。然后依次选择 JSON 和 JSON 编辑器。
在 JSON 编辑器窗格中，复制您下载的 cassandra-adapter-dashboard.json 文件的内容，并将其粘贴到编辑器中。
如需将更改应用于信息中心，请点击应用更改。如果您不想使用此信息中心，请返回到“信息中心概览”页面。
创建信息中心后，点击添加过滤条件。然后选择 project_id 或 instance_id 以监控 Cassandra 适配器。

gcloud CLI

下载 cassandra-adapter-dashboard.json 文件。此文件包含在 Monitoring 中填充自定义信息中心所需的信息。
如需在项目中创建信息中心，请使用 gcloud monitoring dashboards create 命令：
```
gcloud monitoring dashboards create --config-from-file=cassandra-adapter-dashboard.json
```
如需了解详情，请参阅 gcloud monitoring dashboards create 参考文档。

此外，以下 Spanner 指标有助于监控 Cassandra 适配器：

CPU 利用率指标提供有关用户和系统任务的 CPU 使用率的信息，并按优先级和操作类型细分。
存储空间利用率指标提供有关数据库和备份存储空间的信息。
Spanner 的内置统计信息表提供有关查询、事务和读取的数据分析，帮助您发现数据库中的问题。

如需查看系统分析洞见的完整列表，请参阅使用系统分析洞见监控实例。如需详细了解如何监控 Spanner 资源，请参阅使用 Cloud Monitoring 监控实例。

价格

使用 Cassandra 端点无需额外付费。您需要根据实例使用的计算容量和数据库使用的存储空间支付标准 Spanner 价格。

如需了解详情，请参阅 Spanner 价格。

后续步骤

了解如何从 Cassandra 迁移到 Spanner。
了解如何使用 Cassandra 适配器连接到 Spanner。

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核心概念

术语

架构

一致性

Cassandra 接口

Cassandra 接口的优势

CQL 兼容性

支持的 Cassandra 数据类型

数据类型注解

修改 cassandra_type 选项

直接和精细映射

支持的 Cassandra 函数

存留时间 (TTL)

Spanner 中不支持的 Cassandra 功能

DDL 支持

连接

使用 Identity and Access Management 控制访问权限

监控

Google Cloud 控制台

gcloud CLI

价格

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修改 `cassandra_type` 选项