如何使用 Java 可观察性进行有效编码

无论您是经验丰富的开发人员、还是数据库管理员、亦或 NoSQL 数据库的爱好者，可能已经注意到，在如今快速发展的企业架构格局中，MongoDB 和 Couchbase 已成为 NoSQL 数据库的两大典型竞品。

本文将通过展示在真实企业架构中使用 MongoDB 和 Couchbase 的 Java 示例，和您一起探索两者之间的关键差异，各自独有的优势和不足，以及如何在它们之间快速切换，以确保无缝地适应项目的动态需求。

01.NoSQL 文档数据库

让我们首先对 NoSQL 文档数据库，以及基本的存储和检索原理有所理解。NoSQL 数据库采用灵活的模式和 JSON/BSON 文档格式，以适应不断变化数据的需求。NoSQL 数据库，也被称为“Not Only SQL”，旨在解决传统关系数据库的局限性。与具有固定模式的结构化表的关系数据库不同，NoSQL 数据库提供了一个灵活的无模式（schema-less）数据模型。在 NoSQL 类别中，文档数据库直接在文档中存储和检索数据。如下图所示，它们通常表现为类似 JSON 的对象或 BSON（Binary JSON）文档。通过嵌套结构，这些文档能够高度适应不断变化的数据需求。

02.Couchbase 定义

作为领先的 NoSQL 文档数据库，Couchbase 在性能、可扩展性和可用性方面非常出色。它结合了分布式键值存储和面向文档的数据库功能，能够在多个节点和数据中心之间提供无缝的水平扩展。凭借其强大的一致性模型，Couchbase 可以处理具有低延迟和高吞吐量需求的大规模应用。同时，它也能够提供强大的移动和边缘计算支持，并已成为了需要横跨不同设备进行数据同步的应用项目的理想选择。

03.Couchbase 的优势

• 高性能：Couchbase 的分布式架构和内存优先的存储引擎，可以提供卓越的性能。即使在重负载下，它也能确保低延迟的数据访问。其高效的缓存机制优化了读写操作，可以为高吞吐量应用实现无缝的扩展。

• 可扩展性：Couchbase 的自动分片和多维扩展功能，可以轻松地实现水平扩展。它能够在多个节点和集群之间快速扩展，并在不影响性能的情况下，满足不断增长的数据和用户需求。

• 强大的一致性：带有多维扩展（Multi-Dimensional Scaling，MDS）的 Couchbase 带有强大的一致性，提供了关键应用所需的 ACID 属性，并确保了适用于关键任务用例的数据完整性和可靠性。

• 内置的全文搜索：Couchbase 集成了强大的全文搜索引擎，使得开发人员能够快速地对非结构化数据执行复杂的搜索与查询。该内置功能不但简化了开发，而且增强了应用的搜索能力。

• 移动和边缘计算支持：由 Couchbase 提供的 Couchbase Lite，是一个专为移动和边缘计算设计的嵌入式 NoSQL 数据库。它通过横跨设备的无缝数据同步，实现了离线访问和实时更新，并已成为了移动应用和物联网用例的理想选择。

04.MongoDB 定义

作为另一款著名的 NoSQL 文档数据库，MongoDB 以其易用性、灵活性和强大的查询功能而广受欢迎。它能够将数据存储到类似 JSON 的 BSON 文档中，并提供动态的进化模式。MongoDB 的设计非常适合敏捷开发。开发人员能够通过快速迭代，来适应不断变化的应用需求。凭借着水平扩展功能，以及丰富的工具和库生态系统，MongoDB 已成为了从 Web 应用到大数据实时分析等用例的热门选择。

05.MongoDB 的优势

• 灵活的模式：MongoDB 的无模式设计，允许开发人员实时地调整数据结构，促进敏捷开发，以适应不断变化的应用需求，且无需迁移数据库模式。

• 水平可扩展性：MongoDB 对于水平扩展和自动分片的原生支持，使得应用能够毫不费力地处理大量数据、以及并发的用户请求。随着用户群的扩大，它能够确保应用的无缝增长。

• 丰富的查询语言：MongoDB 查询语言（MQL）提供了一种灵活且富有表现力的方式，来检索和操作数据。凭借针对复杂查询和强聚合管道的支持，开发人员可以根据自己的需求去定制响应。

• 复制和高可用性：MongoDB 的副本集架构确保了横跨多个节点的自动数据复制，并保证了数据的冗余和高可用性。在主节点出现故障时，辅助节点可以迅速接管，并最大限度地减少宕机时间。

• 敏捷开发：MongoDB 的易用性、直观的 API、以及简单的设置，都促进了快速原型和开发周期。开发人员可以快速地通过迭代和测试，来缩短新功能和应用的面市时间。

06.Couchbase 和 MongoDB 之间的共同点

总的说来，Couchbase 和 MongoDB 都有着如下核心功能和属性：

• 文档存储：两种数据库都能够将数据存储在灵活、无模式的文档中，并支持直接的数据表示和操作。

• 水平可扩展性：它们都允许应用在多个节点上分发数据，并确保高可用性和容错性。

• 分布式架构：两种数据库都可以在分布式环境中运行，并提供跨集群的无缝数据复制和分发。

• JSON/BSON 支持：两者都使用类似 JSON 的 BSON 文档，作为其主要的数据格式，以确保与现代应用架构的兼容性。

• 丰富的查询功能：它们提供了强大的查询语言，实现了高效的检索和数据操作。

下面，让我们来探讨一下每个数据库的不足：

07.Couchbase 的不足

• 复杂性：设置和配置 Couchbase 集群可能会比 MongoDB 更加复杂，特别是在大规模部署过程中。

• 学习曲线：由于附带有各种高级功能和概念，因此 Couchbase 的新手开发人员可能会面临更加陡峭的学习曲线。

• 社区和生态系统：虽然 Couchbase 有一个不断增长的社区和生态系统，但是它目前尚不及 MongoDB 那么广泛，因此导致了资源和社区驱动型解决方案会少一些。

08.MongoDB 的不足

• 数据一致性：MongoDB 的默认一致性模型，可能不适合那些需要强一致性的应用，因此需要事先仔细设计和考虑。

• 联合操作：MongoDB 缺乏对于传统 SQL 的支持，这会导致规范化复杂数据和应用端处理的增加。

• 内存使用率：MongoDB 的内存使用率相对比较高，特别是在处理大量索引或数据集时，这可能会影响到整体性能。

如何在 Couchbase 和 MongoDB 之间进行选择，主要取决于具体的项目要求、现有的技术堆栈，以及对于一致性、可扩展性和易用性的需求。下面的表格对比了两种数据库的特点，可方便架构师和开发人员根据其应用的独特需求、以及性能目标，做出明智的决策。

09.真实应用场景比较

下面，我将通过在真实的 Java 企业应用场景中，使用 Couchbase、MongoDB、以及 Jakarta NoSQL 规范，来讨论两种数据库如何通过其独特的功能，来执行查询，管理一致性，以及处理聚合。我们将创建一个啤酒工厂应用，来高效地管理啤酒送货地址和用户信息。该应用将在 Open Liberty 服务器上运行，并能够与Jakarta EE 10或Eclipse MicroProfile 6相兼容。

首先，我们将使用 Jakarta EE Starter 或 Eclipse MicroProfile Starter 来创建项目，然后添加所需的依赖项。有了 Jakarta NoSQL 的广泛数据库支持，我们可以通过下列代码段，将 Couchbase 和 MongoDB 添加到 Maven 依赖列表中。

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>

设置好依赖项后，我们将在 microprofile-config.properties 文件中配置凭据。此外，我们将使用系统环境配置，去覆盖Eclipse MicroProfile的配置。当类路径（classpath）中存在多个选项时，jnosql.document.provider 键将确保我们选择合适的文档提供程序。请参见如下代码段：

Properties filesjnosql.couchbase.host=couchbase://localhostjnosql.couchbase.user=rootjnosql.couchbase.password=123456jnosql.document.database=factoryjnosql.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 linejnosql.document.provider=org.eclipse.jnosql.databases.mongodb.communication.MongoDBDocumentConfiguration

该应用的核心在于实体创建，我们在其中定义了 Beer 实体，以及嵌套式 Address 的子文档结构。

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;}
@Entitypublic class Address {
 @Column private String city;
 @Column private String country;
}

在实体准备就绪后，我们将使用Template和DocumentTemplate在 Java 应用和数据库之间建立通信。利用 Jakarta Data 的存储库界面上，我们将实现有效的数据库交互，并在 Beer 实体上执行 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); } }
}

10.MongoDB 的配置和运行

配置完这两种数据库后，我们将为该项目设置 MongoDB 和 Couchbase。对于 MongoDB 而言，为了简单起见，我们可以使用如下命令来调用单个 Docker 容器：

Shelldocker run -d --name mongodb-instance -p 27017:27017 mongo

接着，我们通过注释 Couchbase 行和取消注释 MongoDB 行，来修改属性文件，以将 MongoDB 设置为 provider：

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

设置好 MongoDB 后，我们后续便可以按需使用它了。

11.Couchbase 的配置和运行

我们遵循类似的方法，转移到 Couchbase 上，并使用如下命令创建单个 Docker 容器，以进行测试：

Shelldocker 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

鉴于 Couchbase 需要更多的配置，您可以通过浏览器访问其用户界面（UI），以轻松地定义各种所需的参数：

1. 访问 http://localhost:8091/ui/index.html。

2. 选择 Setup New Cluster。

3. 将 root 定义为管理员用户名。

4. 将 123456 定义为密码。

5. 将 localhost 设置为集群名称。

6. 接受条款和条件。

7. 导航到 Buckets 会话。

8. 使用“Add Bucket（添加桶）”选项创建一个名为 beers 的桶。

9. 点击 beers，将 Hero 和 Villain 添加为 collections（收藏）。

10. 转到 Query（查询）会话并执行：CREATE PRIMARY INDEX `#primary` ON `factory`.`_default`.`beer`。

在具体配置中，我们需要利用如下代码执行与前面相反的操作：

Properties files#for use couchbase uncomment this linejnosql.document.provider=org.eclipse.jnosql.databases.couchbase.communication.CouchbaseDocumentConfiguration#for use MongoDB uncomment this line#jnosql.document.provider=org.eclipse.jnosql.databases.mongodb.communication.MongoDBDocumentConfiguration1.2.3.4.5.

一旦 MongoDB 和 Couchbase 准备就绪，我们便可以利用 Jakarta NoSQL 的功能，以及 Java 与这两种 NoSQL 数据库的无缝交互，来开发啤酒工厂应用了。

12.使用 API

我们基于上述数据库的相关定义和设置，使用如下 Maven 命令来构建项目：

Shellmvn clean package

并使用如下 Maven 命令来运行应用：

Shelljava -jar target/eclipse-store.jar

我们可以使用任何 HTTP 客户端（在此，我们将使用 curl），来测试应用运行情况。

1. 我们使用如下命令，来生成啤酒的随机数据：

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

1. 使用如下命令获取所有的啤酒信息：

Shellcurl --location 'http://localhost:9080/beers/'

1. 通过如下命令，我们根据特定请求（例如，啤酒“Magnum”或麦芽“Vienna”）来过滤啤酒：

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

通过执行上述命令，我们可以测试在企业应用开发中，不同 NoSQL 数据库的能力与效率。

13.小结

综上所述，我们体验了在 Jakarta EE 生态系统中，使用 NoSQL 数据库轻松实现标准化注释、API 和 Jakarta 数据存储库的简单开发过程。可以说，Jakarta NoSQL 促进了 MongoDB 和 Couchbase 之间的无缝切换能力，使得我们能够根据项目的实际要求，在两种数据库之间轻松地转换，并通过一些简单的配置更改，以获取两种数据库各自的最佳性能和可扩展性，进而实现了与应用的流畅交互。

14.开发界的强者

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