在金融分析領域，資料的可靠性與效能至關重要。Apache Cassandra 作為一款開源的 NoSQL 資料庫，以其高可用性與水平擴展能力，成為處理大量非結構化資料的首選方案。然而，Cassandra 的複雜性也帶來了諸多挑戰。本文深入解析四大常見問題，並提供解決方案，協助開發者預防應用程式崩潰。
技術核心與特性
Cassandra 是 Apache Foundation 認證的開源資料庫，採用分佈式架構與無單點故障設計，支援高寫入吞吐量與低延遲查詢。其核心特性包括：
- NoSQL 資料模型：以鍵值對儲存，支援靈活的資料結構
- Compaction 策略：自動合併 SSTable 以減少磁碟空間與提升讀取效能
- TTL（Time To Live）機制：設定資料過期時間，自動清理無效資料
- 跨資料中心複製：確保資料高可用性與地理分散式存取
常見問題與解決方案
問題一：TTL 與 Compaction 策略衝突導致磁碟空間暴增
警訊指標：高磁碟使用率、SS Table 數量異常增加、droppable tombstone 比率超過 100%
根本原因：
- TTL 設定導致資料過期產生 Tombstone
- Time Window Compaction Strategy 無法處理不一致的 TTL 範圍（如 2 分鐘 vs 6 個月）
- 無法安全刪除完全過期的 SSTable
解決方案：
- 調整 Compaction 策略：
- 啟用
unchecked_tombstone_compaction 強制刪除非重疊 Tombstone
- 使用
allow_unsafe_aggressive_ss_table_expiration（需確保資料為 Append-Only）
- 資料模型優化：
- 分離不同 TTL 的資料至獨立 Table
- 改用 Levelled Compaction Strategy 提升 Compaction 效率
- 利用 Cassandra 5.0 的 Unified Compaction Strategy 進行整合
問題二：跨資料中心同步寫入逾時與 JVM 線程耗盡
警訊指標：特定資料中心節點逾時、Out of Memory（Native Thread）錯誤
根本原因：
- JVM 預設配置在 Native Thread 空間耗盡時不會自動終止節點
- Gossip 協議持續發送 Ping 訊息至失效節點，導致狀態誤判
- Mutate 訊息無法建立新線程時阻塞於失效節點
解決方案：
- 立即終止失效節點：
- 使用 JVM Agent（如 JvmQuake）自動處理 Out of Memory 狀態
- 調整 JVM 配置：
- 確保
task_max 參數正確設定
- 避免 enpr 配置錯誤導致線程限制
問題三：授權錯誤與緩存失效導致查詢逾時
警訊指標：偶發授權錯誤、高負載下查詢逾時
根本原因：
- 節點本地緩存（Authorization Policies、Roles、Credentials）過期後需查詢 System Tables
- 節點過載時授權查詢與其他查詢併發導致逾時
- 過期授權錯誤被歸類為
UnauthorizedException 而非查詢逾時
解決方案：
- 增加應用層重試機制：
- 設定特定錯誤類型（如
AuthFailure）的重試策略
- 調整緩存配置：
- 增加
roles_validity, permissions_validity, credentials_validity 緩存時間
- 啟用異步緩存刷新（
async_refresh）
- 升級至 Cassandra 4.1 支援同步緩存刷新
問題四：資料遷移後資料體積異常與 Compaction 策略影響
警訊指標：遷移後資料體積僅為原集群 50%
根本原因：
- 原集群使用 Size-Tiered Compaction 策略，多重插入導致資料分散
- 新集群一次性寫入減少重複資料，壓縮率提升
- 原集群因資料分散導致儲存效率降低
解決方案：
- 改用 Levelled Compaction Strategy 降低資料重複
- 優化插入邏輯：減少多次插入，集中於最後一次操作
- 執行
nodetool compact 手動觸發 Compaction
技術總結
- Compaction 策略選擇：根據資料特性選擇 Time Window / Levelled / Unified 策略
- TTL 管理：避免 TTL 範圍過大導致 Compaction 策略失效
- JVM 調優：調整 Native Thread 設定與線程限制
- 授權機制：優化緩存配置與錯誤處理
- 資料遷移：確保 Compaction 策略匹配，避免體積異常
透過深入理解 Cassandra 的運作機制與潛在風險，開發者可有效預防應用程式崩潰，並提升系統穩定性與效能。