一、NoSQL数据库概述：为何选择非关系型数据库？

NoSQL（Not Only SQL）数据库因其灵活的数据模型、横向扩展能力和高可用性，成为现代应用架构中的重要组件。与传统关系型数据库（如MySQL、Oracle）相比，NoSQL数据库通过去中心化架构、分布式存储和最终一致性模型，解决了高并发、海量数据存储和快速迭代的痛点。

常见NoSQL数据库类型包括：

• 键值存储（Redis、Riak）：适合缓存、会话管理等简单场景。
• 文档存储（MongoDB、CouchDB）：以JSON/BSON格式存储半结构化数据，支持动态字段。
• 列族存储（HBase、Cassandra）：优化大规模数据写入和范围查询，适用于日志分析、时序数据。
• 图数据库（Neo4j、JanusGraph）：高效处理复杂关系网络，如社交网络、推荐系统。

选择NoSQL数据库需考虑业务场景、数据模型复杂度、一致性要求及运维成本。例如，电商平台的用户行为日志适合列族存储，而物联网设备的时序数据则需时序数据库（如InfluxDB）。

二、安装前准备：环境与依赖管理

1. 系统要求与依赖安装

NoSQL数据库通常支持Linux、Windows和macOS，但生产环境推荐Linux（如Ubuntu、CentOS）。安装前需确认：

• 操作系统版本：检查数据库官方文档对内核版本的要求（如MongoDB 6.0需Ubuntu 20.04+）。
• 硬件资源：根据数据规模预估内存、磁盘（SSD推荐）和CPU核心数。例如，Redis单实例建议至少4GB内存。
• 依赖库：部分数据库依赖第三方库（如MongoDB需libcurl4、openssl）。

示例（Ubuntu安装依赖）：

sudo apt update
sudo apt install -y libcurl4 openssl libssl-dev

2. 下载与验证安装包

从官方渠道下载安装包，并验证SHA256校验和以避免篡改：

wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-ubuntu2004-6.0.5.tgz
sha256sum mongodb-linux-x86_64-ubuntu2004-6.0.5.tgz  # 对比官网公布的校验值

三、主流NoSQL数据库安装步骤

1. MongoDB安装与配置

（1）单节点安装

# 解压并移动到/opt
tar -xzvf mongodb-linux-x86_64-ubuntu2004-6.0.5.tgz
sudo mv mongodb-linux-x86_64-ubuntu2004-6.0.5 /opt/mongodb
# 创建数据目录和配置文件
sudo mkdir -p /data/db
sudo chown -R `whoami` /data/db
echo "storage:
  dbPath: /data/db
  journal:
    enabled: true
systemLog:
  destination: file
  path: /var/log/mongodb/mongod.log
  logAppend: true" > /opt/mongodb/mongod.conf
# 启动服务
/opt/mongodb/bin/mongod --config /opt/mongodb/mongod.conf

（2）副本集配置

副本集提供高可用和自动故障转移。修改配置文件：

replication:
  replSetName: "rs0"
  enableMajorityReadConcern: true

初始化副本集：

// 在主节点执行
rs.initiate({
  _id: "rs0",
  members: [
    { _id: 0, host: "node1:27017" },
    { _id: 1, host: "node2:27017" },
    { _id: 2, host: "node3:27017", arbiterOnly: true }
  ]
})

2. Redis集群部署

（1）单节点安装

sudo apt install -y redis-server
sudo systemctl enable redis-server

（2）集群模式配置

修改/etc/redis/redis.conf：

cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000

启动6个节点（端口7000-7005），使用redis-cli创建集群：

redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 ... --cluster-replicas 1

3. Cassandra集群配置

Cassandra通过cassandra.yaml配置：

seed_provider:
  - class_name: org.apache.cassandra.locator.SimpleSeedProvider
    parameters:
      - seeds: "node1,node2"
listen_address: node1  # 每节点唯一
endpoint_snitch: GossipingPropertyFileSnitch

启动服务后，使用nodetool status验证集群状态。

四、配置优化与性能调优

1. 内存管理

• MongoDB：调整wiredTigerCacheSizeGB（默认50%内存）。
• Redis：设置maxmemory和淘汰策略（如volatile-lru）。

2. 持久化策略

• Redis AOF：appendfsync everysec平衡性能与数据安全。
• MongoDB日志：启用journal并设置commitIntervalMs。

3. 监控与日志

• Prometheus + Grafana：集成NoSQL数据库的Exporter（如mongodb_exporter）。
• 慢查询日志：MongoDB的profile级别和Redis的slowlog-log-slower-than。

五、常见问题与解决方案

1. 端口冲突：检查防火墙规则（sudo ufw allow 27017）和SELinux状态。
2. 权限错误：确保数据目录用户权限正确（chown -R mongodb:mongodb /data/db）。
3. 集群分裂：使用rs.reconfig()修复副本集配置，或nodetool repair修复Cassandra节点。

六、总结与进阶建议

掌握NoSQL数据库的安装与配置需结合业务场景选择类型，通过副本集、分片集群实现高可用，并持续优化配置参数。建议：

• 自动化部署：使用Ansible/Terraform管理多节点环境。
• 备份策略：定期执行mongodump或redis-cli --rdb。
• 性能基准测试：使用sysbench或YCSB工具验证吞吐量。

通过系统化的安装与配置，NoSQL数据库能显著提升应用的可扩展性和运维效率，为现代化数据架构奠定基础。