企业级Java中的ScyllaDB：使用Eclipse JNoSQL实现高性能NoSQL

现代企业应用必须处理不断增长的数据量，同时保证低延迟、高可用性和可预测的性能。虽然关系型数据库对于事务型工作负载和复杂查询至关重要，但有些应用并不适合关系模型。管理数百万用户互动、金融事件或物联网（IoT）数据的系统，通常需要一种面向分布式环境和水平扩展能力构建的持久化方案。在这些场景下，ScyllaDB 为企业架构师提供了一个颇具吸引力的选择。

ScyllaDB 是一种基于宽列数据模型的高性能分布式 NoSQL 数据库。它受 Apache Cassandra 启发，并兼容其查询语言（CQL）。ScyllaDB 采用每核分片架构，以最大化硬件效率，并在密集工作负载下保持一致性能。何时应选择 ScyllaDB，而不是传统关系型数据库或其他 NoSQL 选项？本文考察其列族模型，将其与 Cassandra 进行比较，并展示如何将 ScyllaDB 集成到 Java 企业应用中。

现代企业应用需要的不仅仅是基本的数据存储。它们需要高吞吐量、低延迟和水平扩展能力，以管理复杂的工作负载。ScyllaDB 是一种基于宽列数据模型的分布式高性能 NoSQL 数据库，专为需要大规模可预测性能的应用而设计。Discord、Expedia 和 Comcast 等公司在真实场景中使用 ScyllaDB，包括消息平台、实时应用和高容量数据处理。ScyllaDB 尤其适合事件驱动架构、物联网平台、金融系统以及具有严苛读写负载的应用。

ScyllaDB 使用基于模式的方法和 Cassandra 查询语言（CQL），其语法类似 SQL，包括 CREATE TABLE、INSERT 和 SELECT 等语句。除基本类型外，ScyllaDB 还支持 List、Set 和 Map 等集合，以及用于复杂数据建模的用户定义类型（UDT）。这种灵活性伴随着权衡：与关系型数据库不同，ScyllaDB 使用查询驱动的数据建模，限制对任意字段的查询，并要求谨慎使用二级索引。本文将考察 ScyllaDB 的列族架构，将其与 Apache Cassandra 进行比较，回顾其能力和限制，并展示如何将 ScyllaDB 集成到企业 Java 应用中。

使用 Eclipse JNoSQL 设置 ScyllaDB

ScyllaDB 支持部署在云环境、本地数据中心和本地开发环境中。团队可以根据基础设施需求选择自管理或托管云服务。在本教程中，我们将使用 Docker 运行单个 ScyllaDB 实例，以聚焦数据模型和 Java 集成，避免分布式集群的复杂性。

要在本地启动 ScyllaDB，请执行以下命令：

$ bash

docker run -d --name scylladb-instance -p 9042:9042 scylladb/scylla

此命令启动一个 ScyllaDB 容器并暴露 9042 端口，这是 Cassandra 查询语言（CQL）连接的默认端口。初始化完成后，数据库即可接受应用请求。

将 ScyllaDB 与 Eclipse JNoSQL 集成

接下来，确定 Java 应用如何连接 ScyllaDB。从 Eclipse JNoSQL 1.1.19 开始，专用驱动提供原生 ScyllaDB 支持，使标准操作与 ScyllaDB 特定功能可以并存。在本示例中，我们使用一个结合 Eclipse MicroProfile Config、CDI 和 Jakarta JSON Processing 的 Java 应用。这些技术在 MicroProfile 和 Jakarta EE 环境中很常见，有助于集成。

首先，将 ScyllaDB 依赖添加到 Maven 项目中：

$ xml

<dependency>
    <groupId>org.eclipse.jnosql.databases</groupId>
    <artifactId>jnosql-scylladb</artifactId>
    <version>${jnosql.version}</version>
</dependency>

将 ${jnosql.version} 属性设置为 Eclipse JNoSQL 1.1.19 或兼容的更新版本。

配置数据库模式

ScyllaDB 使用类似 Apache Cassandra 的基于模式的方法。开发者通过 CQL 显式定义键空间、表、列类型和用户定义类型。在此示例中，我们创建一个名为 developers 的键空间、两个分别用于人员和电影的表，以及若干用户定义类型。Eclipse JNoSQL 支持通过 MicroProfile Config 提供初始化查询。将以下属性添加到 META-INF/microprofile-config.properties：

$ properties

jnosql.column.database=developers
jnosql.scylladb.query.1=CREATE KEYSPACE IF NOT EXISTS developers WITH replication = {'class': 'NetworkTopologyStrategy', 'replication_factor': 1};
jnosql.scylladb.query.2=CREATE COLUMNFAMILY IF NOT EXISTS developers.Person (id bigint PRIMARY KEY, name text, phones list<text>);
jnosql.scylladb.query.3=CREATE TYPE IF NOT EXISTS developers.director (name text, movies set<text>);
jnosql.scylladb.query.4=CREATE COLUMNFAMILY IF NOT EXISTS developers.Movie (name text PRIMARY KEY, age int, director FROZEN<director>);
jnosql.scylladb.query.5=CREATE INDEX IF NOT EXISTS ageIndex ON developers.Movie(age);
jnosql.scylladb.query.6=CREATE TYPE IF NOT EXISTS developers.money (currency text, amount decimal);
jnosql.scylladb.query.7=CREATE TYPE IF NOT EXISTS developers.headquarter (city text, country text);

此配置突出了多个关键点。CQL 类似 SQL，使用 CREATE 等语句、显式类型和主键。ScyllaDB 支持 list 和 set 等集合，使你无需额外表就能表示多个值。用户定义类型（UDT）将相关属性分组为结构化对象，例如 director 类型。Movie 表使用了 FROZEN<director>。在 CQL 中，FROZEN 将 UDT 作为单个值存储，防止单独修改各个字段。我们还为 age 列创建了二级索引。尽管 ScyllaDB 支持二级索引，但其有效性取决于工作负载、基数和查询类型。不要将它们等同于关系型数据库索引，也不要将其视为合理分区键设计的替代品。

通过应用配置定义数据库模式适用于教程，但不建议用于生产环境。应使用受版本控制的迁移工具（例如 Liquibase，它通过 Cassandra 扩展支持 ScyllaDB）单独管理模式演进。这种方法将应用部署与模式变更分离，并改善对数据库更新的控制。

映射实体和用户定义类型

定义数据库模式后，我们可以创建 Java 模型。首先创建 Movie，它表示一个 ScyllaDB 实体；再创建 Director，它表示一个用户定义类型。

$ java

@Entity("Movie")
public class Movie {
    @Id("name")
    private String name;

    @Column
    private Integer age;

    @Column(udt = "director")
    private Director director;
}

public class Director {
    @Column
    private String name;

    @Column
    private Set<String> movies;
}

Movie 实体使用标准的 Jakarta NoSQL 映射方式，通过 @Entity、@Id 和 @Column 进行映射。director 属性通过 @Column(udt = "director") 映射到 ScyllaDB 用户定义类型。在序列化和反序列化期间，Eclipse JNoSQL 使用 ScyllaDB 驱动在 Java 对象与其 CQL UDT 表示之间进行转换。UDT 类似于将相关字段分组的结构化 JSON 对象，但它是模式中定义的强类型 CQL 值。Director 中的 Set<String> 字段展示了 ScyllaDB 对集合的原生支持，使你无需单独的关系表就能为导演的电影标题建模。接下来，我们定义 Person 实体：

$ java

@Entity("Person")
public class Person {
    @Id("id")
    private long id;

    @Column
    private String name;

    @Column
    private List<String> phones;
}

phones 属性展示了 ScyllaDB 支持的另一种集合类型：List<String>。Eclipse JNoSQL 将 Java List<String> 直接映射到对应的 CQL 集合，无需额外转换器或自定义序列化。这些示例展示了 ScyllaDB 如何将基于模式的模型与对结构化类型和集合的支持结合起来。Eclipse JNoSQL 提供熟悉的映射注解，使应用能够使用 ScyllaDB 的原生特性。然而，对象映射的便利性并不能取代查询驱动数据建模的需要。在 ScyllaDB 这样的分布式数据库中，分区键、访问模式和数据分布仍然是重要的架构考量。

运行应用程序：Jakarta NoSQL 与 Jakarta Data

配置数据库并映射实体后，下一步是在 Java 中与 ScyllaDB 交互。Eclipse JNoSQL 提供两种互补方式：Jakarta NoSQL，一种面向 NoSQL 数据库的基于模板的 API；以及 Jakarta Data，它使用仓储模式。两者都与 CDI 集成，使开发者可以将持久化组件注入运行在带 CDI 的 Java SE 或 Jakarta EE 应用服务器上的应用。

Jakarta NoSQL：模板方式

第一种方式使用 Jakarta NoSQL 的 ColumnTemplate 接口，为宽列数据库提供一致的 API。开发者可以插入、更新、删除和检索实体，而无需直接与数据库驱动交互。

$ java

@Inject
ColumnTemplate template;

例如，你可以创建一个 Person 实体，插入它，并使用流式查询 API 检索它：

$ java

Person person = Person.builder()
    .withId(1L)
    .withName("Ada Lovelace")
    .withPhones(List.of("234", "432"))
    .build();

template.insert(person);

Optional<Person> result = template.select(Person.class)
    .where("id").eq(1L)
    .singleResult();

实体映射会自动处理 Java List<String> 及其对应的 CQL 集合，因此你不需要额外的序列化代码来持久化电话号码。Template 方式适用于开发者需要对持久化操作进行显式控制、希望以编程方式构建查询，或偏好跨 NoSQL 实现使用一致 API 的场景。

Jakarta Data：仓储方式

第二种方式使用 Jakarta Data，并应用仓储模式来简化持久化。开发者定义一个接口，由 Eclipse JNoSQL 提供实现。以我们的 PersonRepository 为例：

$ java

@Repository
public interface PersonRepository extends CrudRepository<Person, Long> {
}

该接口提供标准的 CRUD 操作，例如 save、findById 和 deleteById。仓储可以通过 CDI 注入，并直接在应用中使用：

$ java

@Inject
PersonRepository repository;

repository.save(person);

Optional<Person> result = repository.findById(1L);

Jakarta Data 还支持从方法名派生的查询方法，使开发者无需编写实现即可表达查询。MovieRepository 展示了这一能力，并通过其专用接口暴露 ScyllaDB 特定功能：

$ java

@Repository
public interface MovieRepository extends ScyllaDBRepository<Movie, String> {
    List<Movie> findByAge(Integer age);

    @CQL("SELECT * FROM developers.Movie")
    List<Movie> findAllQuery();
}

findByAge 方法展示了查询派生，而 @CQL 注解允许执行原生 Cassandra 查询语言语句。在此示例中，age 列具有二级索引，因此你可以不使用分区键按年龄查询电影。然而，查询派生并不能消除 ScyllaDB 的查询限制。仓储方法必须与模式和索引支持的查询相匹配。检索所有记录对于演示很有用，但在生产环境中处理大型数据集时应谨慎使用。

超越标准 CRUD 操作

尽管 Jakarta NoSQL 和 Jakarta Data 简化了常见持久化操作，但 ScyllaDB 集成并不限于标准仓储和模板。Eclipse JNoSQL 提供 ScyllaDBTemplate，这是一个专用实现，在保持熟悉 Java 编程模型的同时暴露数据库特定功能。借助这种集成，开发者可以：

控制一致性级别：指定 Cassandra 兼容的一致性级别，例如 ConsistencyLevel.ONE，以平衡一致性、延迟和可用性。
执行原生 CQL：当标准抽象不足时，直接运行数据库特定查询，包括使用 ScyllaDB 特定功能的查询。
处理结构化数据：映射 List 和 Set 等集合以及用户定义类型，无需手动将 Java 对象转换为 CQL 值。
选择合适的抽象：使用供应商中立的 ColumnTemplate 进行通用持久化，或使用 ScyllaDBTemplate 获得额外的数据库控制。

例如，专用模板支持如下操作：scyllaDBTemplate.save(person, ConsistencyLevel.ONE);

Eclipse JNoSQL 的一个关键架构特性是：抽象并不意味着失去对数据库特定能力的访问。开发者可以针对常见操作使用标准化 API，同时在需要时仍能访问原生功能。Jakarta NoSQL 和 Jakarta Data 相互补充，提供组织持久化逻辑的不同方式。Template 方式提供显式、灵活的交互，而 Repository 方式强调声明式数据访问和关注点分离。两者都受益于 CDI 集成，允许你在独立 Java 应用、微服务或 Jakarta EE 环境中使用相同的持久化组件。选择取决于应用的架构需求，但底层 ScyllaDB 能力和数据建模约束保持不变。

结论

对于企业架构师而言，ScyllaDB 是一个强有力的选择，尤其适用于要求高吞吐量、稳定延迟和水平扩展能力的应用。其基于模式的宽列模型、对集合和用户定义类型的支持，以及对 Cassandra 查询语言的兼容性，为分布式数据持久化提供了熟悉且稳健的解决方案。然而，要做出明智的架构决策，理解其查询限制、二级索引和数据建模权衡非常重要。

来源：https://github.com/JNOSQL/demos-se#scylla。DZone 贡献者表达的观点仅代表其本人。

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使用 Eclipse JNoSQL 设置 ScyllaDB

将 ScyllaDB 与 Eclipse JNoSQL 集成

配置数据库模式

映射实体和用户定义类型

运行应用程序：Jakarta NoSQL 与 Jakarta Data

Jakarta NoSQL：模板方式

Jakarta Data：仓储方式

超越标准 CRUD 操作

结论