一、NoSQL基础概念与分类（必考知识点）

1.1 NoSQL核心特征解析

NoSQL（Not Only SQL）数据库的核心优势体现在水平扩展性与灵活数据模型。不同于传统关系型数据库的ACID特性，NoSQL通过BASE模型（Basically Available, Soft state, Eventually consistent）实现高可用与分区容忍性。典型场景包括：

• 高并发写入场景（如日志存储）
• 半结构化数据存储（如JSON文档）
• 分布式计算支撑（如MapReduce）

考试重点：需明确CAP定理中AP/CP系统的选择依据，例如Cassandra选择AP架构保证高可用，而HBase选择CP架构保证强一致性。

1.2 四大类NoSQL数据库对比

类型	代表产品	数据模型	适用场景
键值存储	Redis, DynamoDB	键-值对	缓存系统、会话管理
列族存储	HBase, Cassandra	列族+时间戳	时序数据、高吞吐写入
文档存储	MongoDB, CouchDB	JSON/BSON文档	内容管理系统、用户配置
图数据库	Neo4j, JanusGraph	节点-边关系	社交网络、推荐系统

习题示例：
Q：电商平台的商品评价系统适合哪种NoSQL类型？
A：文档存储（MongoDB），因评价包含文本、评分、时间等多字段非结构化数据。

二、核心操作与语法实战（含代码示例）

2.1 MongoDB文档操作

// 插入文档
db.products.insertOne({
  _id: "p1001",
  name: "无线耳机",
  specs: {
    battery: "40h",
    weight: "50g"
  },
  tags: ["electronics", "audio"]
});
// 复合查询
db.products.find({
  $and: [
    { "specs.battery": { $gt: "30h" } },
    { tags: "audio" }
  ]
});

考试要点：

• 嵌套字段查询语法（"specs.battery"）
• 逻辑运算符优先级（$and vs 逗号分隔）

2.2 Cassandra数据建模

-- 创建列族（表）
CREATE TABLE user_actions (
  user_id UUID,
  action_time TIMESTAMP,
  action_type TEXT,
  details TEXT,
  PRIMARY KEY ((user_id), action_time)
) WITH CLUSTERING ORDER BY (action_time DESC);
-- 范围查询
SELECT * FROM user_actions 
WHERE user_id = ? 
AND action_time > '2023-01-01';

关键设计原则：

1. 查询驱动设计：根据访问模式确定分区键
2. 反规范化设计：减少多表关联
3. 时间序列优化：按时间倒序存储

三、性能调优与故障排查（高频考点）

3.1 读写优化策略

• 分片键选择：避免热点问题（如用户ID哈希分片）
• 写入优化：批量插入（MongoDB的bulkWrite）
• 读取优化：
  • 索引设计：MongoDB单字段索引 vs 复合索引
  • 投影查询：仅返回必要字段（{ _id: 0, name: 1 }）

案例分析：
Q：某日志系统写入延迟突增，如何排查？
A：

1. 检查分片是否均衡（sh.status()）
2. 分析慢查询日志（MongoDB的profiler）
3. 评估硬件资源（IOPS、内存使用率）

3.2 一致性级别配置

级别	描述	适用场景
STRONG	线性一致性	金融交易
SESSION	会话内一致性	购物车操作
EVENTUAL	最终一致性	社交媒体更新

考试陷阱：需区分读修复（Read Repair）与提示移交（Hinted Handoff）的触发条件。

四、分布式架构深度解析（高阶考点）

4.1 副本集与分片集群

• 副本集：主从复制+自动故障转移（MongoDB仲裁节点）
• 分片集群：
  • 配置服务器（Config Servers）存储元数据
  • 路由进程（Mongos）处理查询路由
  • 分片键选择对数据分布的影响

架构图示例：

客户端 → Mongos → [Shard1, Shard2, Shard3]
                     ↑
配置服务器（3节点）

4.2 跨数据中心部署

• 多活架构：Cassandra的NetworkTopologyStrategy
• 数据同步：MongoDB的变更流（Change Streams）
• 冲突解决：基于时间戳的LRW（Last-Write-Wins）

习题示例：
Q：全球电商系统如何设计数据库架构？
A：

1. 按地域分片（如region_id作为分片键）
2. 每个区域部署独立副本集
3. 使用CDC（变更数据捕获）实现跨区域同步

五、备考策略与资源推荐

5.1 学习路径建议

1. 基础阶段：完成MongoDB University免费课程
2. 实践阶段：在本地搭建Cassandra集群进行压力测试
3. 冲刺阶段：通过NoSQLBites等平台进行模拟考试

5.2 认证考试指南

• MongoDB认证：C100DBA（开发者认证） vs C100DBE（工程师认证）
• Cassandra认证：DS201（基础） vs DS220（高级）
• 考试技巧：
  • 注意题目中的隐含条件（如”不考虑网络延迟”）
  • 掌握时间换空间的优化思路（如预计算）

结语：NoSQL技术栈的掌握需要理论学习与实践验证相结合。建议开发者通过开源项目（如Apache Cassandra的Benchmark测试）积累实战经验，同时关注云厂商提供的Managed NoSQL服务（如AWS DynamoDB的自动扩展特性）以应对企业级场景需求。