《NoSQL數(shù)據(jù)庫》課程教學(xué)大綱

1、NoSQL數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程編號：12153課程名稱：NoSQL數(shù)據(jù)庫英文名稱：NoSQL Database課程類型：專業(yè)課課程要求：必修學(xué)時/學(xué)分：40/2.5（講課學(xué)時：32 實(shí)驗(yàn)學(xué)時：8）先修課程：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、云計算與大數(shù)據(jù)、分布式計算框架基礎(chǔ)后續(xù)課程：行業(yè)大數(shù)據(jù)案例分析、大數(shù)據(jù)項(xiàng)目綜合實(shí)踐適用專業(yè)：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)二、課程描述NoSQL數(shù)據(jù)庫泛指非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，是大數(shù)據(jù)場景下分布式數(shù)據(jù)存儲和管理的核心技術(shù)。本課程旨在引導(dǎo)學(xué)生掌握NoSQL數(shù)據(jù)庫的基本概念和技術(shù)，典型的NoSQL數(shù)據(jù)庫的使用和開發(fā)方法。通過項(xiàng)目案例，深刻理解大數(shù)據(jù)環(huán)境下傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和NoS

2、QL數(shù)據(jù)庫的各自優(yōu)勢和不足，NoSQL數(shù)據(jù)庫的設(shè)計理念，能夠針對實(shí)際應(yīng)用場景，分析、選擇和使用合適的數(shù)據(jù)庫。學(xué)習(xí)HDFS及HBase、Cassandra、MongoDB數(shù)據(jù)庫的使用方法，熟練地進(jìn)行NoSQL數(shù)據(jù)庫的部署和常規(guī)管理；掌握NoSQL數(shù)據(jù)庫的開發(fā)接口，能夠進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)管理項(xiàng)目的設(shè)計與開發(fā)。通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握分布式數(shù)據(jù)管理的特點(diǎn)和常用技術(shù)，具有一定的分布式數(shù)據(jù)庫分析、設(shè)計、管理能力，為未來從事大數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。三、課程教學(xué)目標(biāo)1.了解NoSQL數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用背景，NoSQL與傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的差異，理解NoSQL數(shù)據(jù)庫的基本概念和方法，掌握大數(shù)據(jù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)管理、

3、開發(fā)所需要的基礎(chǔ)理論、工程基礎(chǔ)知識和常規(guī)技術(shù)，具備解決大數(shù)據(jù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的基本能力。（支持畢業(yè)能力要求1）2.了解HBase、Cassandra、MongoDB三種典型的NoSQL數(shù)據(jù)庫的各自特點(diǎn)和應(yīng)用場景，并能夠熟練使用。針對具體工程項(xiàng)目，能夠恰當(dāng)選擇NoSQL數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行部署、使用和管理，并運(yùn)用其對大數(shù)據(jù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行模擬和實(shí)現(xiàn)。（支持畢業(yè)能力要求5）3.理解典型NoSQL數(shù)據(jù)庫的設(shè)計原理，熟悉開發(fā)接口，能夠分析、設(shè)計、實(shí)施分布式數(shù)據(jù)庫，具備以分布式數(shù)據(jù)庫為核心的大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)能力，以及結(jié)合新思想、運(yùn)用新技術(shù)解決實(shí)際問題的態(tài)度和意識。（支持畢業(yè)要求3）4.了解大數(shù)據(jù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)

4、存儲與管理的前沿和發(fā)展動向。（支持畢業(yè)能力要求5）四、教學(xué)內(nèi)容、安排及與教學(xué)目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系序號教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程教學(xué)目標(biāo)1一、緒論1.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫及其瓶頸 1.2 NoSQL數(shù)據(jù)庫的概念及特點(diǎn)1.3 NoSQL數(shù)據(jù)庫分類和應(yīng)用場景1.4 NewSQL的概念(1)了解本課程研究的對象、內(nèi)容，明確本課程的地位；(2)理解RDBMS的局限性，RDBMS與NoSQL的內(nèi)在差異，能夠根據(jù)應(yīng)用場合，合理分析和制定數(shù)據(jù)庫解決方案；(3)了解主流的NoSQL數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品和應(yīng)用場景；(4)能夠闡明NewSQL的含義和范疇。4講授1、42二、NoSQL數(shù)據(jù)庫的基本原理2.1 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫原理簡述

5、2.2 分布式數(shù)據(jù)管理的特點(diǎn)2.3 分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)和常見技術(shù)2.4 非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的常見模式(1)能夠正確闡述傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的查詢機(jī)制、索引機(jī)制、事務(wù)機(jī)制和分布式機(jī)制；(2)理解分布式數(shù)據(jù)管理中元數(shù)據(jù)的含義和作用，掌握數(shù)據(jù)分片與復(fù)制兩種水平擴(kuò)展方式，并能根據(jù)應(yīng)用要求對NoSQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行合理的水平擴(kuò)展；(3)理解NoSQL的三大基石：CAP、BASE、最終一致性的含義和作用，能夠依據(jù)應(yīng)用要求制定分布式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計原則；(4)理解并能夠正確闡述分布式事務(wù)提交、基于消息傳遞的一致性算法、時間同步服務(wù)、異步消息機(jī)制等分布式式系統(tǒng)常見技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理；(5)了解非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的不同模式的特點(diǎn)，并能根

6、據(jù)應(yīng)用場景合理選擇與使用。6講授討論13三、HDFS3.1 HDFS概述3.2 HDFS的基本概念3.3 HDFS原理3.4使用和管理HDFS(1)了解HDFS的重要概念、基本架構(gòu)和存儲原理，能夠準(zhǔn)確闡述HDFS的數(shù)據(jù)分塊、多副本機(jī)制以及數(shù)據(jù)的讀寫過程；(2)能夠進(jìn)行HDFS的部署和基本配置；(3)能夠正確使用HDFS命令，能夠進(jìn)行Namenode的格式化、元數(shù)據(jù)的恢復(fù)、子節(jié)點(diǎn)的添加和刪除，以及HDFS文件系統(tǒng)操作。4講授討論14實(shí)驗(yàn)1：HDFS部署、配置和使用(1)能夠部署和配置HDFS。(2)能夠使用HDFS常用的Shell命令進(jìn)行文件操作。(3)能夠使用HDFS常用的Java API編程

7、讀寫文件。2實(shí)驗(yàn)2、35四、列族數(shù)據(jù)庫4.1 HBase概述4.2 HBase的數(shù)據(jù)模型4.3 HBase的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4.4 HBase的部署4.5 動態(tài)增刪HRegionserver節(jié)點(diǎn)4.6 HBase的基本操作4.7 數(shù)據(jù)批量操作4.8 通過Java訪問HBase(1)能夠?qū)Base和傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比分析；(2)了解HBase的數(shù)據(jù)模型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠闡述Hbase的實(shí)現(xiàn)原理和運(yùn)行機(jī)制；(3)能夠正確的部署；(4)熟練進(jìn)行HBase的基本操作，包括表、列族操作和數(shù)據(jù)更新、查詢等操作；(5)能夠使用Java API進(jìn)行基本的HBase文件操作。6講授討論2、36實(shí)驗(yàn)2：HBase部署

8、、使用、運(yùn)行監(jiān)控和應(yīng)用開發(fā)。(1)能夠部署HBase；(2)能夠使用 HBase Shell命令操作數(shù)據(jù)庫；(3)能夠利用Java API訪問HBase，進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。2實(shí)驗(yàn)2、37五、鍵值數(shù)據(jù)庫5.1 Cassandra概述5.2.Cassandra的技術(shù)原理 5.3 Cassandra的部署與配置5.4 CQL語言與CQLSH環(huán)境5.5 CQL數(shù)據(jù)操作56 Cassandra的維護(hù)與擴(kuò)展應(yīng)用5.7 通過Java訪問Cassandra(1)能夠闡述Cassandra的技術(shù)原理；(2)能夠?qū)assandra進(jìn)行部署和配置；(3)熟悉CQLSH環(huán)境，能夠進(jìn)行鍵空間和數(shù)據(jù)表的管理；能夠利用CQL

9、進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢和更新；(4)了解Cassandra的編程接口，能夠利用Java編程訪問Cassandra；6講授討論2、38實(shí)驗(yàn)3：Cassandra的部署、配置、使用和應(yīng)用開發(fā)(1)正確部署和配置Cassandra；(2)熟練使用CQL進(jìn)行數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)庫管理；(3)能夠利用開發(fā)接口進(jìn)行Cassandra的應(yīng)用開發(fā)。2實(shí)驗(yàn)2、39六、文檔數(shù)據(jù)庫6.1 MongoDB概述6.2 MongoDB的技術(shù)原理6.3 MongoDB安裝配置6.4 MongoDB基本命令行操作6.5 批量操作6.6 MongoDB集群化部署6.7 通過Java訪問MongoDB(1)理解MongoDB中的文檔和集合概念

10、，能夠闡述MongoDB的分片機(jī)制和集群架構(gòu)；(2)正確安裝和配置MongoDB，能夠熟練進(jìn)行MongoDB的集群部署、能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行合理分片和復(fù)制；(3)能夠熟練使用命令進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本操作、索引操作和聚合操作等；(4)了解MongoDB的編程接口，能夠利用Java編程訪問MongoDB。6講授討論2、310實(shí)驗(yàn)4：MongoDB的安裝部署、使用和應(yīng)用開發(fā)(1)能夠進(jìn)行MongoDB集群部署；(2)能夠使用命令進(jìn)行數(shù)據(jù)的增、刪、改、查和索引、聚合；(3)能夠利用開發(fā)接口進(jìn)行MongoDB的應(yīng)用開發(fā)。2實(shí)驗(yàn)2、3五、其他教學(xué)環(huán)節(jié)（課外教學(xué)環(huán)節(jié)、要求、目標(biāo)）1.課外作業(yè)(1)鍵值數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用開發(fā)。

11、(2)文檔數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用開發(fā)。(3)列族數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用開發(fā)。六、教學(xué)方法(1)基于項(xiàng)目案例展開教學(xué)，預(yù)先設(shè)置學(xué)習(xí)目標(biāo)，每部分知識學(xué)習(xí)和技能掌握隨課程進(jìn)程展開，所學(xué)內(nèi)容直接用于解決實(shí)際問題。(2)綜合運(yùn)用各種教學(xué)手段，包括電子教案、工程環(huán)境、實(shí)驗(yàn)平臺、網(wǎng)絡(luò)課堂等，構(gòu)建立體化的教學(xué)環(huán)境，引進(jìn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，促進(jìn)學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)和動手能力的提升。(3)采用講授、討論、集中講授和分組實(shí)驗(yàn)等教學(xué)組織形式，有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生的潛能。(4)利用課外作業(yè)加深和拓展技能，提高針對復(fù)雜數(shù)據(jù)管理問題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計、分析與解釋、通過信息綜合得到有效結(jié)論，和獨(dú)立解決問題的能力。七、學(xué)習(xí)評量學(xué)習(xí)

12、成績由平時成績（含作業(yè)成績、案例評價、測驗(yàn)成績）和期末考試成績組成。各部分所占比例和評價內(nèi)容、方法如下：1. 平時成績（40%）(1)作業(yè)成績：20%。主要考核對課堂學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度；以答題數(shù)量和正確率為評價標(biāo)準(zhǔn)。(2)案例評價成績：20%。主要考核重要知識點(diǎn)的應(yīng)用情況。以方案設(shè)計的合理和正確性，代碼的規(guī)范性和質(zhì)量為評價標(biāo)準(zhǔn)。案例評價2次，共10分，每次提交一個報告，每次5分。2. 期末考試成績（60%）主要考核綜合運(yùn)用基本概念和方法分析和解決問題的能力和程度。書面考試形式，題型為問答題、分析題、綜合設(shè)計題等，按正確性評分。3. 說明作業(yè)、案例和測試中有雷同時，所有雷同回答均不得分。教學(xué)資源1教材1侯賓NoSQL數(shù)據(jù)庫原理人民郵電出版社，20182. 參考數(shù)目1皮雄軍NoSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)戰(zhàn)清華大學(xué)出版社，20142 HYPERLINK /?key2=%D7%F4%D7%F4%C4%BE%B4%EF%D2%B2&medium