NoSQL数据库安装与入门全指南：从零到一的实践手册

一、NoSQL数据库概述：为什么选择NoSQL？

NoSQL（Not Only SQL）数据库是为应对海量数据、高并发、灵活数据模型等场景而生的非关系型数据库。其核心优势在于：

1. 水平扩展性：通过分片技术（Sharding）支持PB级数据存储，适合分布式架构。
2. 灵活数据模型：支持键值对（Key-Value）、文档（Document）、列族（Column-Family）、图（Graph）等多种数据结构。
3. 高性能：减少JOIN操作，通过内存缓存（如Redis）或异步写入（如Cassandra）提升吞吐量。
4. 容错性：多副本复制（Replication）和自动故障转移（Failover）机制保障高可用。

典型应用场景包括实时分析、物联网设备数据存储、社交网络关系图谱等。例如，MongoDB适合存储JSON格式的日志数据，Redis适合缓存会话信息，Cassandra适合时间序列数据。

二、主流NoSQL数据库安装教程

1. MongoDB安装与配置

步骤1：下载与安装

• Linux（Ubuntu）：

  # 导入GPG密钥
  wget -qO - https://www.mongodb.org/static/pgp/server-6.0.asc | sudo apt-key add -
  # 添加MongoDB源
  echo "deb [ arch=amd64,arm64 ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu $(lsb_release -sc)/mongodb-org/6.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-6.0.list
  # 安装MongoDB
  sudo apt-get update && sudo apt-get install -y mongodb-org
  # 启动服务
  sudo systemctl start mongod

• Windows：下载MSI安装包，按向导完成安装，勾选“Install MongoDB as a Service”。

步骤2：基础操作

• 连接数据库：

  mongosh

• 创建数据库与集合：

  use testdb;
  db.createCollection("users");

• 插入文档：

  db.users.insertOne({ name: "Alice", age: 25 });

2. Redis安装与配置

步骤1：下载与安装

• Linux（CentOS）：

  # 安装EPEL仓库
  sudo yum install epel-release
  # 安装Redis
  sudo yum install redis
  # 启动服务
  sudo systemctl start redis

• MacOS：使用Homebrew安装：

  brew install redis
  redis-server

步骤2：基础操作

• 连接Redis：

  redis-cli

• 设置键值对：

  SET username "Bob"
  GET username

• 发布/订阅模式：

  # 订阅频道
  SUBSCRIBE news
  # 发布消息
  PUBLISH news "Hello Redis!"

3. Cassandra安装与配置

步骤1：下载与安装

• Linux（Debian）：

  # 添加Cassandra仓库
  echo "deb http://www.apache.org/dist/cassandra/debian 40x main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/cassandra.sources.list
  curl https://www.apache.org/dist/cassandra/KEYS | sudo apt-key add -
  # 安装Cassandra
  sudo apt-get update && sudo apt-get install cassandra
  # 启动服务
  sudo systemctl start cassandra

步骤2：基础操作

• 连接Cassandra：

  cqlsh

• 创建Keyspace与表：

  CREATE KEYSPACE testks WITH replication = {'class': 'SimpleStrategy', 'replication_factor': 1};
  USE testks;
  CREATE TABLE users (id UUID PRIMARY KEY, name TEXT, age INT);

• 插入数据：

  INSERT INTO users (id, name, age) VALUES (uuid(), 'Charlie', 30);

三、NoSQL入门核心概念

1. 数据模型对比

数据库类型	代表产品	数据模型	适用场景
键值对	Redis	Key-Value	缓存、会话存储
文档	MongoDB	JSON/BSON	日志、用户配置
列族	Cassandra	列族+行键	时间序列、传感器数据
图	Neo4j	节点+边	社交网络、推荐系统

2. 查询语言差异

• MongoDB：使用MongoDB Query Language（MQL），支持聚合管道（Aggregation Pipeline）。

  db.users.aggregate([
    { $match: { age: { $gt: 20 } } },
    { $group: { _id: null, avgAge: { $avg: "$age" } } }
  ]);

• Cassandra：使用CQL（Cassandra Query Language），类似SQL但限制JOIN操作。

  SELECT * FROM users WHERE age > 20 ALLOW FILTERING;

3. 性能优化技巧

• 索引设计：MongoDB的复合索引需遵循“最左前缀原则”，Cassandra的二级索引仅适用于低基数字段。
• 分片策略：MongoDB的分片键应选择高基数字段（如用户ID），Cassandra的分片键（Partition Key）需均匀分布数据。
• 缓存层：Redis作为缓存可减少数据库压力，例如使用SETEX设置带过期时间的键。

  SETEX cache_key 3600 "value"  # 1小时后过期

四、常见问题与解决方案

1. MongoDB启动失败：检查日志文件/var/log/mongodb/mongod.log，常见原因包括端口占用（默认27017）或数据目录权限不足。

   sudo chown -R mongodb:mongodb /var/lib/mongodb

2. Redis内存不足：修改/etc/redis/redis.conf中的maxmemory参数，并设置淘汰策略（如volatile-lru）。
3. Cassandra写入延迟：调整concurrent_writes和write_request_timeout_in_ms参数，优化网络延迟。

五、总结与进阶建议

NoSQL数据库的选择需结合业务场景：

• 高并发读写：优先Redis或MongoDB。
• 海量数据存储：选择Cassandra或HBase。
• 复杂关系查询：考虑Neo4j等图数据库。

进阶学习资源：

• MongoDB官方文档：https://docs.mongodb.com
• Redis大学免费课程：https://university.redis.com
• Cassandra数据建模指南：https://cassandra.apache.org/doc/latest/cql/data_modeling.html

通过本文的安装教程与入门指南，开发者可快速搭建NoSQL环境并掌握基础操作，为后续高性能应用开发奠定基础。