CouchDB

CouchDB — документо-ориентированная 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.

Apache CouchDB
Тип	документо-ориентированная СУБД
Автор	Дамьен Кац (Damien Katz)
Разработчик	Apache Software Foundation
Написана на	Erlang, JavaScript, C++ и Си
Операционные системы	Linux, Windows и macOS
Первый выпуск	2005
Последняя версия	3.4.2 (20 октября 2024)
Репозиторий	github.com/apache/couchdb
Состояние	активное
Лицензия	Apache License 2.0
Сайт	couchdb.apache.org (англ.)
Медиафайлы на Викискладе

Подход

Реализована в рамках подхода NoSQL. Для хранения данных используется JSON, для реализации MapReduce-запросов — JavaScript. Возможно написание любой логики на Erlang. Одной из особенностей СУБД является поддержка репликации с несколькими ведущими узлами.

CouchDB можно рассматривать как сервер веб-приложений; для реализации этой идеи в 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, 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 системы

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 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 БД 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.

История

Проект CouchDB создал бывший работник Lotus Notes в IBM Дамьен Кац (Damien Katz) в апреле 2005 года, автор определил проект как «систему хранения для крупномасштабной объектной базы данных». Его идеей для базы данных была база данных для интернета, которая должна была быть написана с нуля до сервера веб-приложений. Он самофинансировал проект в течение почти двух лет и выпустил его как проект с открытым исходным кодом под лицензией GNU GPL.

Проект CouchDB был принят в инкубатор Apache в феврале 2008 года. Несколькими месяцами позже проект перешёл в статус проекта верхнего уровня, что привело к появлению стабильной версии в июле 2010 года. Несмотря на то, что CouchDB изначально предназначался для работы в операционной системе Linux, также разработаны варианты этой системы для операционных систем Microsoft Windows и Mac OS. Более того, дистрибутив Linux Ubuntu с 9.10 (Karmic Koala) поставляется с системой CouchDB.

В начале 2012 года Кац покинул проект, чтобы сосредоточиться на работе над Couchbase Server.

После ухода Каца работа над проектом Apache CouchDB была продолжена и выпущена версия 1.2 в апреле 2012, а затем и 1.3 в апреле 2013. В июне 2013 сообщество CouchDB связало кодовую базу с BigCouch и кластерной версией CouchDB Cloudant в проекте Apache.

Использование CouchDB

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

• UbuntuOne, 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.

Управление данными

CouchDB управляет коллекцией документов JSON. Документы организуются по представлениям (англ. views). Представления определяются агрегатными функциями и фильтрами, вычисленными параллельно подобно MapReduce.

Представления хранятся в базе данных, и их индексы обновляются непрерывно. CouchDB поддерживает систему представления, которая использует внешние сокет-серверы и протокол, основанный на JSON. Как следствие, серверы представления были разработаны на множестве языков (JavaScript — по умолчанию, но есть также PHP, Ruby, Python и Erlang).

Доступ по HTTP

Приложения взаимодействуют с CouchDB через HTTP. Ниже представлено несколько примеров с использованием утилиты командной строки cURL. Эти примеры предполагают, что CouchDB работает на localhost (127.0.0.1) на порту 5984.

Действие	Запрос	Ответ
Доступ к информации о сервере	curl http://127.0.0.1:5984/	{ "couchdb": "Welcome", "version":"1.1.0" }
Создание базы данных под именем wiki	curl -X PUT http://127.0.0.1:5984/wiki	{"ok": true}
Попытка создать вторую базу данных под названием wiki	curl -X PUT http://127.0.0.1:5984/wiki	{ "error":"file_exists", "reason":"The database could not be created, the file already exists." }
Получаем информацию о базе данных wiki	curl http://127.0.0.1:5984/wiki	{ "db_name": "wiki", "doc_count": 0, "doc_del_count": 0, "update_seq": 0, "purge_seq": 0, "compact_running": false, "disk_size": 79, "instance_start_time": "1272453873691070", "disk_format_version": 5 }
Удаление базы данных wiki	curl -X DELETE http://127.0.0.1:5984/wiki	{"ok": true}
Создаем документ, прося CouchDB, чтобы предоставил id документа	curl -X POST -H "Content-Type: application/json" --data \ '{ "text" : "Wikipedia on CouchDB", "rating": 5 }' \ http://127.0.0.1:5984/wiki	{ "ok": true, "id": "123BAC", "rev": "946B7D1C" }

Компоненты с открытым исходным кодом

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.

Литература

• Anderson, J. Chris; Slater, Noah; Lehnardt, Jan (2009-11-15), CouchDB: The Definitive Guide (1st ed.), O'Reilly Media, p. 300, ISBN 0596158165 Архивная копия от 14 июля 2011 на Wayback Machine
• Lennon, Joe (2009-12-15), Beginning CouchDB (1st ed.), Apress, p. 300, ISBN 1430272376, Дата обращения: 12 февраля 2010 Архивная копия от 5 декабря 2010 на Wayback Machine

Ссылки

• couchdb.apache.org — официальный сайт CouchDB