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Couchbase 详解

news 2025/8/2 21:14:38

Couchbase 详解

1. Couchbase 简介

Couchbase 是一个开源的 分布式 NoSQL 数据库，结合了 键值存储（Key-Value） 和 文档存储（Document） 的特性，并提供高性能、高可用性和弹性扩展能力。它由 Couchbase Server（企业级数据库）和 Couchbase Lite（移动端嵌入式数据库）组成。

核心特点

多模型支持：支持 Key-Value、JSON 文档、SQL-like 查询（N1QL）。
内存优先（Memory-First）架构：数据优先缓存于内存，提高读写速度。
分布式架构：自动分片（Sharding）、多副本（Replication）、无单点故障。
高可用性：支持跨数据中心复制（XDCR）。
SQL 兼容查询：支持 N1QL（SQL for JSON），允许类似 SQL 的查询。
全文本搜索：集成 Full-Text Search（FTS）。
移动端同步：Couchbase Lite 支持离线数据同步。

2. Couchbase 数据模型

Couchbase 的核心数据模型包括：

Bucket（桶）：类似关系数据库的 “database”，存储文档（Documents）。
Document（文档）：JSON 格式的数据，每个文档有一个唯一 ID（Key）。
Scope（作用域） & Collection（集合）（7.0+ 版本引入）：
- Scope 类似关系数据库的 “Schema”。
- Collection 类似 “Table”，用于逻辑分组文档。

示例：数据存储结构

// 存储一个用户文档（Key = "user_1001"）
{"id": "user_1001","type": "user","name": "Alice","email": "alice@example.com","address": {"city": "Beijing","country": "China"}
}

3. Couchbase 架构

3.1 核心组件

组件	说明
Data Service	存储和管理数据（Key-Value 和 JSON 文档）。
Index Service	管理索引（支持 N1QL 查询）。
Query Service	处理 N1QL 查询请求。
Search Service	提供全文检索（Full-Text Search）。
Eventing Service	支持 Serverless 事件驱动计算。
Cluster Manager	管理集群节点、监控、负载均衡。

3.2 数据分布

自动分片（vBuckets）：数据被分成 1024 个虚拟分片（vBuckets），均匀分布在集群节点。
副本机制：每个 vBucket 可以有多个副本（默认 1 副本，可配置）。
数据持久化：
- 内存（RAM） → 磁盘（Couchstore） → 备份（可选）。

3.3 读写流程

写入流程

数据先写入 内存（Memcached Bucket）。
异步持久化到磁盘（可配置同步写入）。
副本节点同步数据（取决于副本数）。

读取流程

优先从内存读取（若未命中则从磁盘加载）。
支持 N1QL 查询（需索引优化）。

4. Couchbase 查询语言（N1QL）

N1QL（Non-First Normal Form Query Language）是 Couchbase 的 SQL-like 查询语言，支持 JSON 文档查询。

常见操作

-- 插入文档（Key-Value）
INSERT INTO `bucket_name` (KEY, VALUE) 
VALUES ("user_1002", { "name": "Bob", "age": 30 });-- N1QL 查询（类似 SQL）
SELECT name, email FROM `bucket_name` WHERE type = "user";-- 更新文档
UPDATE `bucket_name` 
SET email = "new@example.com" 
WHERE id = "user_1001";-- 删除文档
DELETE FROM `bucket_name` WHERE id = "user_1001";-- 创建索引
CREATE INDEX idx_name ON `bucket_name`(name);

N1QL 高级功能

JOIN 支持（相比 Cassandra 更灵活）：

SELECT u.name, o.order_id 
FROM `users` u 
JOIN `orders` o ON KEYS u.order_list;

聚合查询：

SELECT COUNT(*) AS user_count, country 
FROM `bucket_name` 
GROUP BY country;

子查询：

SELECT name FROM `bucket_name` 
WHERE age > (SELECT AVG(age) FROM `bucket_name`);

5. Couchbase 一致性模型

Couchbase 提供 可调一致性（Tunable Consistency）：

Read Your Own Writes (RYOW)：确保客户端能读到自己的写入。
Replica Read：允许从副本读取（降低主节点压力）。
Persist To / Replicate To：
- Persist To：等待数据持久化到磁盘。
- Replicate To：等待数据复制到 N 个副本。

示例：设置一致性

-- 设置写入一致性（等待 1 个副本确认）
INSERT INTO `bucket_name` (KEY, VALUE) 
VALUES ("doc1", {"name": "Test"}) 
OPTIONS {"expiration": 3600, "persist_to": 1};

6. Couchbase 适用场景

适合场景

✅ 高性能 Key-Value 存储（如会话管理、缓存）
✅ JSON 文档存储 + SQL 查询（如用户配置、商品目录）
✅ 实时数据分析（N1QL 聚合查询）
✅ 移动端数据同步（Couchbase Lite）
✅ 全文本搜索（集成 Elasticsearch 类似功能）

不适合场景

❌ 复杂事务（仅支持单文档 ACID）
❌ 超大规模数据分析（不如专用 OLAP 数据库）

7. Couchbase vs. 其他数据库

特性	Couchbase	MongoDB	Cassandra	Redis
数据模型	Key-Value + JSON	JSON 文档	宽列存储	Key-Value
查询语言	N1QL (SQL-like)	MongoDB Query	CQL	无
扩展性	自动分片	分片集群	线性扩展	集群
一致性	可调	可调	最终一致	强一致
适用场景	混合负载	灵活查询	高写入	缓存