如何使用Java可观察性进行有效编码

水深无声 2024-03-24 20:19 42阅读 0赞

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。

### **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。

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### **Couchbase** ###

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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。

### **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。

### **MongoDB** ###

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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。

### **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。

### **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：

### **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。

### **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。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 特点 </td> 
 <td> COUCHBASE </td> 
 <td> MONGODB </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 查询语言 </td> 
 <td> N1QL（类似SQL） </td> 
 <td> MongoDB查询语言（MQL） </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 一致性模型 </td> 
 <td> 强一致性 </td> 
 <td> 最终一致性（可配置） </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 分片机制 </td> 
 <td> 自动和手动分片 </td> 
 <td> 自动分片 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 聚合框架 </td> 
 <td> 提供（使用N1QL） </td> 
 <td> 提供 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 联合 </td> 
 <td> 支持（使用N1QL） </td> 
 <td> 不支持（需要去规范化） </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

### **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。

![d9e20479a3e1e151502a6e49ac0ac6fd.png][]

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][Link 1]，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][Eclipse MicroProfile]。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 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

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;
    }
    
    @Entity
    public 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);
 }
 }
 
 }

### **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：

Shell
    docker 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 line
    jnosql.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。

### **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：

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

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 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。

### **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：

Shell
    mvn clean package

并使用如下Maven命令来运行应用：

Shell
    java -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：

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

2.使用如下命令获取所有的啤酒信息：

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

3.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 files
    curl --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。

### **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。

### **开发界的强者** ###

JNPF，很多人都尝试用过它，它是功能的集大成者，任何信息化系统都可以基于它开发出来。

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[5860e755269f72b70c7e1faf6165b981.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/d25e428edebd43fc988194cc1c51241e.png
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[cc805405f1a642efbb4bae85ecaa6fd1.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/d5493e97e99548488c7bdc3dff3c8d06.png
[Jakarta EE 10]: https://jakarta.ee/compatibility/certification/10/
[Eclipse MicroProfile 6]: https://microprofile.io/compatible/6-0/
[d9e20479a3e1e151502a6e49ac0ac6fd.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/95d71d4b132045e7ad9326e91788382a.png
[Link 1]: https://github.com/eclipse/jnosql-databases
[Eclipse MicroProfile]: https://microprofile.io/specifications/microprofile-config/
[Template]: https://jakarta.ee/specifications/nosql/1.0/apidocs/jakarta.nosql.core/jakarta/nosql/template
[DocumentTemplate]: https://jakarta.ee/specifications/nosql/1.0/apidocs/jakarta.nosql.document/jakarta/nosql/document/documenttemplate
[http_www.jnpfsoft.com_csdn]: http://www.jnpfsoft.com/?csdn