Apache CouchDB

База CouchDB містить набір незалежних документів. Кожен документ має унікальний у межах бази ідентифікатор (`_id`), ідентифікатор редакції (`_rev`) та довільні поля з підтримуваними JSON типами значень. До документа можна долучати двійкові файли. Документи не мусять мати однакових полів, а перевірку допустимості змін можна реалізувати спеціальними функціями у проєктних документах (design documents).^[1]

Для одночасної роботи багатьох клієнтів застосовується багатоверсійне керування паралелізмом (англ. multiversion concurrency control, MVCC). Читання не блокує запис, а кожна операція оновлення окремого документа є атомарною. Клієнт, що намагається зберегти зміни на основі застарілої редакції документа, отримує повідомлення про конфлікт. Цей механізм не означає підтримки спільних транзакцій над довільним набором документів.^[1]

Документи та службові індекси організовано із застосуванням B-дерев. Оновлення записуються до кінця файлу без перезаписування раніше збережених структур (append-only). Для звільнення місця, зайнятого застарілими даними та індексами, передбачено ущільнення файлів (compaction).^[1][10]

CouchDB надає REST-подібний програмний інтерфейс через HTTP. Операції з базами даних та документами виконуються, зокрема, методами `GET`, `PUT`, `POST` і `DELETE`, а відповіді переважно передаються у форматі JSON.^[11]

Для вибірки й агрегування документів використовуються представлення (англ. views). Їх визначають у проєктних документах за допомогою функцій JavaScript: функція `map` формує ключі та значення індексу, а необов'язкова `reduce` обчислює підсумкові значення. Індекси представлень зберігаються окремо та оновлюються інкрементно, без потреби щоразу опрацьовувати всю базу.^[1][12]

Інший спосіб пошуку — мова запитів Mango, яка дає змогу задавати умови відбору документів у вигляді JSON-об'єктів. Для прискорення запитів вона використовує спеціальні індекси; зокрема, запит `POST /{db}/_find` повертає документи, що відповідають заданому селектору. На відміну від представлень MapReduce, для звичайних запитів Mango не потрібно писати функції JavaScript.^[2]

Одна з характерних можливостей CouchDB — інкрементна реплікація між базами даних, які можуть розташовуватися на різних серверах. Реплікація в одному напрямку переносить лише зміни, відсутні в базі призначення; для двобічної синхронізації налаштовують два напрямки. Передбачено безперервну та вибіркову реплікацію. Після переривання зв'язку передавання може продовжуватися з контрольної точки.^[13]

Коли той самий документ незалежно змінено в різних репліках, під час синхронізації можуть виникнути конфліктні редакції. CouchDB детерміновано обирає одну з них для звичайного відображення, але зберігає доступ до інших. Остаточне узгодження відмінностей — наприклад, об'єднання змін — виконує прикладна програма або користувач; автоматичне обрання редакції не є злиттям вмісту.^[14]

Завдяки цьому механізму CouchDB застосовують у системах, де користувачі працюють із локальними даними без постійного доступу до мережі, а потім синхронізують їх із сервером. Наприклад, JavaScript-бібліотека PouchDB реалізує сумісну реплікацію для баз даних у веббраузері.^[13][15]

Починаючи з версії 2.0, CouchDB підтримує вбудовану кластеризацію: бази даних розподіляються на сегменти (shards), копії яких розміщуються на різних вузлах. Це забезпечує горизонтальне масштабування й підвищує доступність даних у разі відмови окремих вузлів. Кластеризація всередині одного логічного екземпляра CouchDB відрізняється від реплікації між незалежними базами даних, яка доступна і в одновузловому режимі.^[7][16]

Кількість сегментів і їхніх копій налаштовується. У версії 3.x типовими значеннями є два сегменти та три репліки кожного сегмента; параметри читання й запису визначають, скільки копій мають підтвердити операцію.^[17]