譯者 | 陳峻

審校 | 重樓

無論您是經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)人員、還是數(shù)據(jù)庫管理員、亦或NoSQL數(shù)據(jù)庫的愛好者，可能已經(jīng)注意到，在如今快速發(fā)展的企業(yè)架構(gòu)格局中，MongoDB和Couchbase已成為NoSQL數(shù)據(jù)庫的兩大典型競(jìng)品。本文將通過展示在真實(shí)企業(yè)架構(gòu)中使用MongoDB和Couchbase的Java示例，和您一起探索兩者之間的關(guān)鍵差異，各自獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)和不足，以及如何在它們之間快速切換，以確保無縫地適應(yīng)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)需求。

NoSQL文檔數(shù)據(jù)庫

讓我們首先對(duì)NoSQL文檔數(shù)據(jù)庫，以及基本的存儲(chǔ)和檢索原理有所理解。NoSQL數(shù)據(jù)庫采用靈活的模式和JSON/BSON文檔格式，以適應(yīng)不斷變化數(shù)據(jù)的需求。NoSQL數(shù)據(jù)庫，也被稱為“Not Only SQL”，旨在解決傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的局限性。與具有固定模式的結(jié)構(gòu)化表的關(guān)系數(shù)據(jù)庫不同，NoSQL數(shù)據(jù)庫提供了一個(gè)靈活的無模式（schema-less）數(shù)據(jù)模型。在NoSQL類別中，文檔數(shù)據(jù)庫直接在文檔中存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)。如下圖所示，它們通常表現(xiàn)為類似JSON的對(duì)象或BSON（Binary JSON）文檔。通過嵌套結(jié)構(gòu)，這些文檔能夠高度適應(yīng)不斷變化的數(shù)據(jù)需求。

Couchbase

作為領(lǐng)先的NoSQL文檔數(shù)據(jù)庫，Couchbase在性能、可擴(kuò)展性和可用性方面非常出色。它結(jié)合了分布式鍵值存儲(chǔ)和面向文檔的數(shù)據(jù)庫功能，能夠在多個(gè)節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)中心之間提供無縫的水平擴(kuò)展。憑借其強(qiáng)大的一致性模型，Couchbase可以處理具有低延遲和高吞吐量需求的大規(guī)模應(yīng)用。同時(shí)，它也能夠提供強(qiáng)大的移動(dòng)和邊緣計(jì)算支持，并已成為了需要橫跨不同設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的應(yīng)用項(xiàng)目的理想選擇。

Couchbase的優(yōu)勢(shì)

• 高性能：Couchbase的分布式架構(gòu)和內(nèi)存優(yōu)先的存儲(chǔ)引擎，可以提供卓越的性能。即使在重負(fù)載下，它也能確保低延遲的數(shù)據(jù)訪問。其高效的緩存機(jī)制優(yōu)化了讀寫操作，可以為高吞吐量應(yīng)用實(shí)現(xiàn)無縫的擴(kuò)展。
• 可擴(kuò)展性：Couchbase的自動(dòng)分片和多維擴(kuò)展功能，可以輕松地實(shí)現(xiàn)水平擴(kuò)展。它能夠在多個(gè)節(jié)點(diǎn)和集群之間快速擴(kuò)展，并在不影響性能的情況下，滿足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)和用戶需求。
• 強(qiáng)大的一致性：帶有多維擴(kuò)展（Multi-Dimensional Scaling，MDS）的Couchbase帶有強(qiáng)大的一致性，提供了關(guān)鍵應(yīng)用所需的ACID屬性，并確保了適用于關(guān)鍵任務(wù)用例的數(shù)據(jù)完整性和可靠性。
• 內(nèi)置的全文搜索：Couchbase集成了強(qiáng)大的全文搜索引擎，使得開發(fā)人員能夠快速地對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)執(zhí)行復(fù)雜的搜索與查詢。該內(nèi)置功能不但簡(jiǎn)化了開發(fā)，而且增強(qiáng)了應(yīng)用的搜索能力。
• 移動(dòng)和邊緣計(jì)算支持：由Couchbase提供的Couchbase Lite，是一個(gè)專為移動(dòng)和邊緣計(jì)算設(shè)計(jì)的嵌入式NoSQL數(shù)據(jù)庫。它通過橫跨設(shè)備的無縫數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)了離線訪問和實(shí)時(shí)更新，并已成為了移動(dòng)應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)用例的理想選擇。

MongoDB

作為另一款著名的NoSQL文檔數(shù)據(jù)庫，MongoDB以其易用性、靈活性和強(qiáng)大的查詢功能而廣受歡迎。它能夠?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)到類似JSON的BSON文檔中，并提供動(dòng)態(tài)的進(jìn)化模式。MongoDB的設(shè)計(jì)非常適合敏捷開發(fā)。開發(fā)人員能夠通過快速迭代，來適應(yīng)不斷變化的應(yīng)用需求。憑借著水平擴(kuò)展功能，以及豐富的工具和庫生態(tài)系統(tǒng)，MongoDB已成為了從Web應(yīng)用到大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析等用例的熱門選擇。

MongoDB的優(yōu)勢(shì)

• 靈活的模式：MongoDB的無模式設(shè)計(jì)，允許開發(fā)人員實(shí)時(shí)地調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)敏捷開發(fā)，以適應(yīng)不斷變化的應(yīng)用需求，且無需遷移數(shù)據(jù)庫模式。
• 水平可擴(kuò)展性：MongoDB對(duì)于水平擴(kuò)展和自動(dòng)分片的原生支持，使得應(yīng)用能夠毫不費(fèi)力地處理大量數(shù)據(jù)、以及并發(fā)的用戶請(qǐng)求。隨著用戶群的擴(kuò)大，它能夠確保應(yīng)用的無縫增長(zhǎng)。
• 豐富的查詢語言：MongoDB查詢語言（MQL）提供了一種靈活且富有表現(xiàn)力的方式，來檢索和操作數(shù)據(jù)。憑借針對(duì)復(fù)雜查詢和強(qiáng)聚合管道的支持，開發(fā)人員可以根據(jù)自己的需求去定制響應(yīng)。
• 復(fù)制和高可用性：MongoDB的副本集架構(gòu)確保了橫跨多個(gè)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)數(shù)據(jù)復(fù)制，并保證了數(shù)據(jù)的冗余和高可用性。在主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，輔助節(jié)點(diǎn)可以迅速接管，并最大限度地減少宕機(jī)時(shí)間。
• 敏捷開發(fā)：MongoDB的易用性、直觀的API、以及簡(jiǎn)單的設(shè)置，都促進(jìn)了快速原型和開發(fā)周期。開發(fā)人員可以快速地通過迭代和測(cè)試，來縮短新功能和應(yīng)用的面市時(shí)間。

Couchbase和MongoDB之間的共同點(diǎn)

總的說來，Couchbase和MongoDB都有著如下核心功能和屬性：

• 文檔存儲(chǔ)：兩種數(shù)據(jù)庫都能夠?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在靈活、無模式的文檔中，并支持直接的數(shù)據(jù)表示和操作。
• 水平可擴(kuò)展性：它們都允許應(yīng)用在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上分發(fā)數(shù)據(jù)，并確保高可用性和容錯(cuò)性。
• 分布式架構(gòu)：兩種數(shù)據(jù)庫都可以在分布式環(huán)境中運(yùn)行，并提供跨集群的無縫數(shù)據(jù)復(fù)制和分發(fā)。
• JSON/BSON支持：兩者都使用類似JSON的BSON文檔，作為其主要的數(shù)據(jù)格式，以確保與現(xiàn)代應(yīng)用架構(gòu)的兼容性。
• 豐富的查詢功能：它們提供了強(qiáng)大的查詢語言，實(shí)現(xiàn)了高效的檢索和數(shù)據(jù)操作。

下面，讓我們來探討一下每個(gè)數(shù)據(jù)庫的不足：

Couchbase的不足

• 復(fù)雜性：設(shè)置和配置Couchbase集群可能會(huì)比MongoDB更加復(fù)雜，特別是在大規(guī)模部署過程中。
• 學(xué)習(xí)曲線：由于附帶有各種高級(jí)功能和概念，因此Couchbase的新手開發(fā)人員可能會(huì)面臨更加陡峭的學(xué)習(xí)曲線。
• 社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)：雖然Couchbase有一個(gè)不斷增長(zhǎng)的社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)，但是它目前尚不及MongoDB那么廣泛，因此導(dǎo)致了資源和社區(qū)驅(qū)動(dòng)型解決方案會(huì)少一些。

MongoDB的不足

• 數(shù)據(jù)一致性：MongoDB的默認(rèn)一致性模型，可能不適合那些需要強(qiáng)一致性的應(yīng)用，因此需要事先仔細(xì)設(shè)計(jì)和考慮。
• 聯(lián)合操作：MongoDB缺乏對(duì)于傳統(tǒng)SQL的支持，這會(huì)導(dǎo)致規(guī)范化復(fù)雜數(shù)據(jù)和應(yīng)用端處理的增加。
• 內(nèi)存使用率：MongoDB的內(nèi)存使用率相對(duì)比較高，特別是在處理大量索引或數(shù)據(jù)集時(shí)，這可能會(huì)影響到整體性能。

如何在Couchbase和MongoDB之間進(jìn)行選擇，主要取決于具體的項(xiàng)目要求、現(xiàn)有的技術(shù)堆棧，以及對(duì)于一致性、可擴(kuò)展性和易用性的需求。下面的表格對(duì)比了兩種數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)，可方便架構(gòu)師和開發(fā)人員根據(jù)其應(yīng)用的獨(dú)特需求、以及性能目標(biāo)，做出明智的決策。

真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景比較

下面，我將通過在真實(shí)的Java企業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景中，使用Couchbase、MongoDB、以及Jakarta NoSQL規(guī)范，來討論兩種數(shù)據(jù)庫如何通過其獨(dú)特的功能，來執(zhí)行查詢，管理一致性，以及處理聚合。我們將創(chuàng)建一個(gè)啤酒工廠應(yīng)用，來高效地管理啤酒送貨地址和用戶信息。該應(yīng)用將在Open Liberty服務(wù)器上運(yùn)行，并能夠與Jakarta EE 10或Eclipse MicroProfile 6相兼容。

首先，我們將使用Jakarta EE Starter或Eclipse MicroProfile Starter來創(chuàng)建項(xiàng)目，然后添加所需的依賴項(xiàng)。有了Jakarta NoSQL的廣泛數(shù)據(jù)庫支持，我們可以通過下列代碼段，將Couchbase和MongoDB添加到Maven依賴列表中。

XML
<dependency>

 <groupId>org.eclipse.jnosql.databases</groupId>

 <artifactId>jnosql-couchbase</artifactId>

 <version>${jnosql.version}</version>

</dependency>

<dependency>

 <groupId>org.eclipse.jnosql.databases</groupId>

 <artifactId>jnosql-mongodb</artifactId>

 <version>${jnosql.version}</version>

</dependency>

設(shè)置好依賴項(xiàng)后，我們將在microprofile-config.properties文件中配置憑據(jù)。此外，我們將使用系統(tǒng)環(huán)境配置，去覆蓋Eclipse MicroProfile的配置。當(dāng)類路徑（classpath）中存在多個(gè)選項(xiàng)時(shí)，jnosql.document.provider鍵將確保我們選擇合適的文檔提供程序。請(qǐng)參見如下代碼段：

Properties files
jnosql.couchbase.host=couchbase://localhost
jnosql.couchbase.user=root
jnosql.couchbase.password=123456
jnosql.document.database=factory
jnosql.mongodb.host=localhost:27017
#for use couchbase uncomment this line
#jnosql.document.provider=org.eclipse.jnosql.databases.couchbase.communication.CouchbaseDocumentConfiguration
#for use MongoDB uncomment this line
jnosql.document.provider=org.eclipse.jnosql.databases.mongodb.communication.MongoDBDocumentConfiguration

該應(yīng)用的核心在于實(shí)體創(chuàng)建，我們?cè)谄渲卸x了Beer實(shí)體，以及嵌套式Address的子文檔結(jié)構(gòu)。

Java
@Entity("beer")
public class Beer {

 @Id
 private String id;

 @Column
 private String name;

 @Column
 private String style;

 @Column
 private String hop;

 @Column
 private String yeast;

 @Column
 private String malt;

 @Column
 private Address address;

 @Column
 private String user;
}

@Entity
public class Address {

 @Column
 private String city;

 @Column
 private String country;

}

在實(shí)體準(zhǔn)備就緒后，我們將使用Template和DocumentTemplate在Java應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫之間建立通信。利用Jakarta Data的存儲(chǔ)庫界面上，我們將實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)庫交互，并在Beer實(shí)體上執(zhí)行CRUD操作。

Java
@ApplicationScoped
@Path("beers2")
@Produces(MediaType.APPLICATION_JSON)
@Consumes(MediaType.APPLICATION_JSON)
public class BeerTemplateResource {

 private final DocumentTemplate template;

 @Inject
 public BeerTemplateResource(DocumentTemplate template) {
 this.template = template;
 }

 @Deprecated
 BeerTemplateResource() {
 this(null);
 }


 @GET
 public List<Beer> findByAll(@BeanParam BeerParam param){

 if(param.isMaltAndHopQuery()){
 return this.template.select(Beer.class).where("malt")
 .eq(param.malt())
 .and("hop")
 .eq(param.hop())
 .result();
 }
 else if(param.isHopQuery()) {
 return this.template.select(Beer.class).where("hop")
 .eq(param.hop())
 .result();
 }
 else if(param.isMaltQuery()) {
 return this.template.select(Beer.class).where("malt")
 .eq(param.malt())
 .result();
 }
 return this.template.select(Beer.class).result();
 }

 @POST
 public void create(Beer beer){
 this.template.insert(beer);
 }

 @DELETE
 @Path("{id}")
 public void deleteById(@PathParam("id") String id){
 this.template.delete(Beer.class).where("id").eq(id).execute();
 }

 @Path("random")
 @POST
 public void random() {
 var faker = new Faker();
 for (int index = 0; index < 1_000; index++) {
 var beer = Beer.of(faker);
 this.template.insert(beer);
 }
 }

}

MongoDB的配置和運(yùn)行

配置完這兩種數(shù)據(jù)庫后，我們將為該項(xiàng)目設(shè)置MongoDB和Couchbase。對(duì)于MongoDB而言，為了簡(jiǎn)單起見，我們可以使用如下命令來調(diào)用單個(gè)Docker容器：

Shell
docker run -d --name mongodb-instance -p 27017:27017 mongo

接著，我們通過注釋Couchbase行和取消注釋MongoDB行，來修改屬性文件，以將MongoDB設(shè)置為provider：

Properties files
#for use couchbase uncomment this line
#jnosql.document.provider=org.eclipse.jnosql.databases.couchbase.communication.CouchbaseDocumentConfiguration
#for use MongoDB uncomment this line
jnosql.document.provider=org.eclipse.jnosql.databases.mongodb.communication.MongoDBDocumentConfiguration

設(shè)置好MongoDB后，我們后續(xù)便可以按需使用它了。

Couchbase的配置和運(yùn)行

我們遵循類似的方法，轉(zhuǎn)移到Couchbase上，并使用如下命令創(chuàng)建單個(gè)Docker容器，以進(jìn)行測(cè)試：

Shell
docker run -d --name db -p 8091-8097:8091-8097 -p 9123:9123 -p 11207:11207 -p 11210:11210 -p 11280:11280 -p 18091-18097:18091-18097 couchbase

鑒于Couchbase需要更多的配置，您可以通過瀏覽器訪問其用戶界面（UI），以輕松地定義各種所需的參數(shù)：

1. 訪問http://localhost:8091/ui/index.html。
2. 選擇Setup New Cluster。
3. 將root定義為管理員用戶名。
4. 將123456定義為密碼。
5. 將localhost設(shè)置為集群名稱。
6. 接受條款和條件。
7. 導(dǎo)航到Buckets會(huì)話。
8. 使用“Add Bucket（添加桶）”選項(xiàng)創(chuàng)建一個(gè)名為beers的桶。
9. 點(diǎn)擊beers，將Hero和Villain添加為collections（收藏）。
10. 轉(zhuǎn)到Query（查詢）會(huì)話并執(zhí)行：CREATE PRIMARY INDEX `#primary` ON `factory`.`_default`.`beer`。

在具體配置中，我們需要利用如下代碼執(zhí)行與前面相反的操作：

Properties files
#for use couchbase uncomment this line
jnosql.document.provider=org.eclipse.jnosql.databases.couchbase.communication.CouchbaseDocumentConfiguration
#for use MongoDB uncomment this line
#jnosql.document.provider=org.eclipse.jnosql.databases.mongodb.communication.MongoDBDocumentConfiguration

一旦MongoDB和Couchbase準(zhǔn)備就緒，我們便可以利用Jakarta NoSQL的功能，以及Java與這兩種NoSQL數(shù)據(jù)庫的無縫交互，來開發(fā)啤酒工廠應(yīng)用了。

使用API

我們基于上述數(shù)據(jù)庫的相關(guān)定義和設(shè)置，使用如下Maven命令來構(gòu)建項(xiàng)目：

Shell
mvn clean package

并使用如下Maven命令來運(yùn)行應(yīng)用：

Shell
java -jar target/eclipse-store.jar

我們可以使用任何HTTP客戶端（在此，我們將使用curl），來測(cè)試應(yīng)用運(yùn)行情況。

1. 我們使用如下命令，來生成啤酒的隨機(jī)數(shù)據(jù)：

Shell
curl --location --request POST 'http://localhost:9080/beers/random'

2. 使用如下命令獲取所有的啤酒信息：

Shell
curl --location 'http://localhost:9080/beers/'

3. 通過如下命令，我們根據(jù)特定請(qǐng)求（例如，啤酒“Magnum”或麥芽“Vienna”）來過濾啤酒：

Properties files
curl --location 'http://localhost:9080/beers/?page=1&hop=Magnum'
curl --location 'http://localhost:9080/beers/?page=1&hop=Magnum&malt=Vienna'

通過執(zhí)行上述命令，我們可以測(cè)試在企業(yè)應(yīng)用開發(fā)中，不同NoSQL數(shù)據(jù)庫的能力與效率。

小結(jié)

綜上所述，我們體驗(yàn)了在Jakarta EE生態(tài)系統(tǒng)中，使用NoSQL數(shù)據(jù)庫輕松實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化注釋、API和Jakarta 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫的簡(jiǎn)單開發(fā)過程。可以說，Jakarta NoSQL促進(jìn)了MongoDB和Couchbase之間的無縫切換能力，使得我們能夠根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際要求，在兩種數(shù)據(jù)庫之間輕松地轉(zhuǎn)換，并通過一些簡(jiǎn)單的配置更改，以獲取兩種數(shù)據(jù)庫各自的最佳性能和可擴(kuò)展性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了與應(yīng)用的流暢交互。

譯者介紹

陳峻（Julian Chen），51CTO社區(qū)編輯，具有十多年的IT項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，善于對(duì)內(nèi)外部資源與風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施管控，專注傳播網(wǎng)絡(luò)與信息安全知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。

原文標(biāo)題：Comparing MongoDB and Couchbase in Java Enterprise Architecture ，作者：Otavio Santana