Apache CouchDB

1 Жовтня, 2014 0

Apache CouchDB – документоориентированная система управления базами данных с открытым исходным кодом, не требующая описания схемы данных, распространяется свободно, написана на языке Erlang. Впервые вышла в 2005 году, с 2008 года – проект фонда Apache Software Foundation (ASF).

Apache CouchDB реализована в рамках подхода NoSQL. Для хранения данных используется JSON, для реализации MapReduce-запросов – JavaScript. Одной из особенностей СУБД является поддержка репликации с несколькими ведущими узлами.

Apache CouchDB можно рассматривать как сервер веб-приложений; для реализации этой идеи в Apache CouchDB встроен производительный веб-сервер, а программный код, как и данные, сохраняется в той же базе данных. Для автоматизации работы с приложениями используется утилита CouchApp.

Следуя подходу NoSQL, Apache CouchDB не хранит данные и связи в таблицах. Вместо этого каждая база данных – набор независимых документов. Каждый документ содержит свои собственные данные и независимую схему. Приложение может получить доступ к нескольким базам данных, например, хранящейся на мобильном телефоне пользователя и на сервере. Метаданные документа содержат информацию о версии, позволяя объединять данные и разрешать любые противоречия, которые могли появиться в момент, когда базы данных были разъединены.

Для управления конкурентным доступом используется механизм MVCC, благодаря чему возможно избежать необходимости блокировки файла базы данных во время записи. Разрешение конфликтов относится к сфере ответственности логики приложения, разрешение конфликта обычно включает в себя объединение данных в один документ, а затем старый документ удаляется.

Архитектура Apache CouchDB

Подобно иным документно-ориентированным СУБД (Mnesia, Lotus Notes, MongoDB) и в отличие от реляционных СУБД, CouchDB предназначена для работы с полуструктурированной информацией и имеет следующие особенности:

данные сохраняются не в строках и колонках, а в виде JSON-подобных документов, моделью которых является не таблицы, а деревья;
типизация элементов данных, то есть сопоставление отдельным полям документов типов INTEGER, DATE и пр., не поддерживается – вместо этого пользователь может написать функцию-валидатор;
целостность базы данных обеспечивается исключительно на уровне отдельных записей (но не на уровне связей между ними);
связи между таблицами или записями принципиально не поддерживаются, соответственно операция объединения (JOIN) между таблицами не определена;
для построения индексов и выполнения запросов используются функции представления (view);
функции-валидаторы, функции-представления, функции-фильтры сохраняются в текстовом виде в самой базе данных;
эти функции, как правило, написаны на языках JavaScript или Erlang, а для их выполнения запускается отдельный сервер запросов, взаимодействие с которым происходит посредством сокетов и текстового JSON-протокола;
каждой базе данных в системе Apache CouchDB соответствует единственное B-дерево (не путать с двоичным деревом);
каждое B-дерево хранится в виде отдельного файла на диске;
одновременно может быть запущено несколько потоков для чтения базы данных и только один – для записи;
целостность базы данных обеспечивается только при записи данных на диск;
представления хранятся в базе данных и их индексы обновляются непрерывно, однако при каждом обновлении функций представления или отображения обновляется всё B-дерево целиком;
при обработке данных с помощью функций-представлений используется упрощённая модель технологии MapReduce, что позволяет производить параллельные вычисления, в том числе и на многоядерном процессоре;
распределение вычислений на несколько узлов не поддерживается – вместо этого используется механизм репликации;
обработка данных с помощью цепочки последовательных функций MapReduce не поддерживается;
поддерживается вертикальное масштабирование;
внешний интерфейс (API) к данной СУБД построен на основе архитектуры REST, то есть сама база данных, отдельные записи, отображения и запросы – суть ресурсы, которые имеют уникальный адрес (URL) и поддерживают операции GET, PUT, POST, DELETE;
поэтому для взаимодействия с базой данных было написано много клиентских библиотек, в том числе на таких языках:

JavaScript, PHP, Ruby, Python и Erlang;

взаимодействие между отдельными компонентами СУБД, то есть с серверами представлений осуществляется опять-таки с помощью текстового протокола, а данные передаются в формате JSON.

это позволило использовать различные языки программирования для написания этих компонентов – Java, Python, JavaScript и пр..

Компоненты Apache CouchDB

Apache CouchDB включает много дополнительных компонентов с открытым исходным кодом как часть его пакета по умолчанию, в частности, в пакет входят JavaScript-движок SpiderMonkey, кроссбраузерная JavaScript-библиотека jQuery, библиотека поддержки Юникода ICU, OpenSSL, дистрибутив языка программирования Erlang.

Использование Apache CouchDB

Apache CouchDB используется во многих программных продуктах и на множестве веб-сайтов, в том числе:

UbuntuOne, Mozilla Firefox, Tomboy, Akonadi, Evolution – для синхронизации адресов, заметок и закладок.
Mozilla Raindrop – агрегатор сообщений электронной почты, социальных сетей, систем обмена мгновенными сообщениями (Skype, Jabber).
BBC – для динамического контента.
Credit Suisse – для внутреннего использования в отделе товаров.
Meebo – для социальной платформы (веб и приложений) – Meebo была приобретена Google и закрыта 12 июля 2012 г..

Больше примеров доступно на Wiki проекта Apache.