《NoSQL数据库》课程教学大纲

1、NoSQL数据库课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：12153课程名称：NoSQL数据库英文名称：NoSQL Database课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：40/2.5（讲课学时：32 实验学时：8）先修课程：数据库系统原理、云计算与大数据、分布式计算框架基础后续课程：行业大数据案例分析、大数据项目综合实践适用专业：数据科学与大数据技术二、课程描述NoSQL数据库泛指非关系型数据库，是大数据场景下分布式数据存储和管理的核心技术。本课程旨在引导学生掌握NoSQL数据库的基本概念和技术，典型的NoSQL数据库的使用和开发方法。通过项目案例，深刻理解大数据环境下传统关系型数据库和NoS

2、QL数据库的各自优势和不足，NoSQL数据库的设计理念，能够针对实际应用场景，分析、选择和使用合适的数据库。学习HDFS及HBase、Cassandra、MongoDB数据库的使用方法，熟练地进行NoSQL数据库的部署和常规管理；掌握NoSQL数据库的开发接口，能够进行分布式数据管理项目的设计与开发。通过课程学习，使学生掌握分布式数据管理的特点和常用技术，具有一定的分布式数据库分析、设计、管理能力，为未来从事大数据的管理和应用开发打下良好的基础。三、课程教学目标1.了解NoSQL数据库的应用背景，NoSQL与传统关系型数据库的差异，理解NoSQL数据库的基本概念和方法，掌握大数据领域数据管理、

3、开发所需要的基础理论、工程基础知识和常规技术，具备解决大数据领域复杂工程问题的基本能力。（支持毕业能力要求1）2.了解HBase、Cassandra、MongoDB三种典型的NoSQL数据库的各自特点和应用场景，并能够熟练使用。针对具体工程项目，能够恰当选择NoSQL数据库，进行部署、使用和管理，并运用其对大数据领域复杂工程问题进行模拟和实现。（支持毕业能力要求5）3.理解典型NoSQL数据库的设计原理，熟悉开发接口，能够分析、设计、实施分布式数据库，具备以分布式数据库为核心的大数据应用系统的开发能力，以及结合新思想、运用新技术解决实际问题的态度和意识。（支持毕业要求3）4.了解大数据领域数据

4、存储与管理的前沿和发展动向。（支持毕业能力要求5）四、教学内容、安排及与教学目标的对应关系序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程教学目标1一、绪论1.1 关系数据库及其瓶颈 1.2 NoSQL数据库的概念及特点1.3 NoSQL数据库分类和应用场景1.4 NewSQL的概念(1)了解本课程研究的对象、内容，明确本课程的地位；(2)理解RDBMS的局限性，RDBMS与NoSQL的内在差异，能够根据应用场合，合理分析和制定数据库解决方案；(3)了解主流的NoSQL数据库产品和应用场景；(4)能够阐明NewSQL的含义和范畴。4讲授1、42二、NoSQL数据库的基本原理2.1 关系型数据库原理简述

5、2.2 分布式数据管理的特点2.3 分布式系统的特点和常见技术2.4 非关系型数据库的常见模式(1)能够正确阐述传统关系型数据库的查询机制、索引机制、事务机制和分布式机制；(2)理解分布式数据管理中元数据的含义和作用，掌握数据分片与复制两种水平扩展方式，并能根据应用要求对NoSQL数据库进行合理的水平扩展；(3)理解NoSQL的三大基石：CAP、BASE、最终一致性的含义和作用，能够依据应用要求制定分布式数据库的设计原则；(4)理解并能够正确阐述分布式事务提交、基于消息传递的一致性算法、时间同步服务、异步消息机制等分布式式系统常见技术的实现原理；(5)了解非关系型数据库的不同模式的特点，并能根

6、据应用场景合理选择与使用。6讲授讨论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、基本架构和存储原理，能够准确阐述HDFS的数据分块、多副本机制以及数据的读写过程；(2)能够进行HDFS的部署和基本配置；(3)能够正确使用HDFS命令，能够进行Namenode的格式化、元数据的恢复、子节点的添加和删除，以及HDFS文件系统操作。4讲授讨论14实验1：HDFS部署、配置和使用(1)能够部署和配置HDFS。(2)能够使用HDFS常用的Shell命令进行文件操作。(3)能够使用HDFS常用的Java API编程

7、读写文件。2实验2、35四、列族数据库4.1 HBase概述4.2 HBase的数据模型4.3 HBase的拓扑结构4.4 HBase的部署4.5 动态增删HRegionserver节点4.6 HBase的基本操作4.7 数据批量操作4.8 通过Java访问HBase(1)能够对HBase和传统关系数据库进行对比分析；(2)了解HBase的数据模型和拓扑结构，能够阐述Hbase的实现原理和运行机制；(3)能够正确的部署；(4)熟练进行HBase的基本操作，包括表、列族操作和数据更新、查询等操作；(5)能够使用Java API进行基本的HBase文件操作。6讲授讨论2、36实验2：HBase部署

8、、使用、运行监控和应用开发。(1)能够部署HBase；(2)能够使用 HBase Shell命令操作数据库；(3)能够利用Java API访问HBase，进行应用开发。2实验2、37五、键值数据库5.1 Cassandra概述5.2.Cassandra的技术原理 5.3 Cassandra的部署与配置5.4 CQL语言与CQLSH环境5.5 CQL数据操作56 Cassandra的维护与扩展应用5.7 通过Java访问Cassandra(1)能够阐述Cassandra的技术原理；(2)能够对Cassandra进行部署和配置；(3)熟悉CQLSH环境，能够进行键空间和数据表的管理；能够利用CQL

9、进行数据的查询和更新；(4)了解Cassandra的编程接口，能够利用Java编程访问Cassandra；6讲授讨论2、38实验3：Cassandra的部署、配置、使用和应用开发(1)正确部署和配置Cassandra；(2)熟练使用CQL进行数据操作和数据库管理；(3)能够利用开发接口进行Cassandra的应用开发。2实验2、39六、文档数据库6.1 MongoDB概述6.2 MongoDB的技术原理6.3 MongoDB安装配置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 通过Java访问MongoDB(1)理解MongoDB中的文档和集合概念

10、，能够阐述MongoDB的分片机制和集群架构；(2)正确安装和配置MongoDB，能够熟练进行MongoDB的集群部署、能够对数据进行合理分片和复制；(3)能够熟练使用命令进行数据的基本操作、索引操作和聚合操作等；(4)了解MongoDB的编程接口，能够利用Java编程访问MongoDB。6讲授讨论2、310实验4：MongoDB的安装部署、使用和应用开发(1)能够进行MongoDB集群部署；(2)能够使用命令进行数据的增、删、改、查和索引、聚合；(3)能够利用开发接口进行MongoDB的应用开发。2实验2、3五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）1.课外作业(1)键值数据库的应用开发。

11、(2)文档数据库的应用开发。(3)列族数据库的应用开发。六、教学方法(1)基于项目案例展开教学，预先设置学习目标，每部分知识学习和技能掌握随课程进程展开，所学内容直接用于解决实际问题。(2)综合运用各种教学手段，包括电子教案、工程环境、实验平台、网络课堂等，构建立体化的教学环境，引进优质教学资源，促进学生的个性化学习和动手能力的提升。(3)采用讲授、讨论、集中讲授和分组实验等教学组织形式，有效地调动学生学习的积极性，促进学生积极思考，激发学生的潜能。(4)利用课外作业加深和拓展技能，提高针对复杂数据管理问题的实验设计、分析与解释、通过信息综合得到有效结论，和独立解决问题的能力。七、学习评量学习

12、成绩由平时成绩（含作业成绩、案例评价、测验成绩）和期末考试成绩组成。各部分所占比例和评价内容、方法如下：1. 平时成绩（40%）(1)作业成绩：20%。主要考核对课堂学习的知识点的复习、理解和掌握程度；以答题数量和正确率为评价标准。(2)案例评价成绩：20%。主要考核重要知识点的应用情况。以方案设计的合理和正确性，代码的规范性和质量为评价标准。案例评价2次，共10分，每次提交一个报告，每次5分。2. 期末考试成绩（60%）主要考核综合运用基本概念和方法分析和解决问题的能力和程度。书面考试形式，题型为问答题、分析题、综合设计题等，按正确性评分。3. 说明作业、案例和测试中有雷同时，所有雷同回答均不得分。教学资源1教材1侯宾NoSQL数据库原理人民邮电出版社，20182. 参考数目1皮雄军NoSQL数据库技术实战清华大学出版社，20142 HYPERLINK /?key2=%D7%F4%D7%F4%C4%BE%B4%EF%D2%B2&medium