面试题：CouchDB在复杂离线优先业务场景中的架构设计

Question

假设要开发一个支持多用户协作的离线优先项目管理应用，涉及任务分配、进度跟踪、文件附件等复杂业务。请设计基于CouchDB的整体架构，详细说明数据库结构、文档设计、同步逻辑以及如何确保数据一致性和安全性。

Answer 1

数据库结构

1. 用户数据库：
   • 用于存储用户信息，每个用户为一个文档。
   • 文档结构：

     {
       "_id": "user_{user_id}",
       "type": "user",
       "name": "用户姓名",
       "email": "用户邮箱",
       "password": "加密后的密码",
       "created_at": "创建时间"
     }
     

2. 项目数据库：
   • 每个项目为一个文档，存储项目的基本信息。
   • 文档结构：

     {
       "_id": "project_{project_id}",
       "type": "project",
       "name": "项目名称",
       "description": "项目描述",
       "owner": "user_{user_id}",
       "created_at": "创建时间",
       "members": ["user_{user_id_1}", "user_{user_id_2}"]
     }
     

3. 任务数据库：
   • 每个任务为一个文档，与项目关联。
   • 文档结构：

     {
       "_id": "task_{task_id}",
       "type": "task",
       "project_id": "project_{project_id}",
       "title": "任务标题",
       "description": "任务描述",
       "assigned_to": "user_{user_id}",
       "due_date": "截止日期",
       "status": "待办|进行中|已完成",
       "created_at": "创建时间"
     }
     

4. 文件附件数据库：
   • 每个附件为一个文档，与任务关联。
   • 文档结构：

     {
       "_id": "attachment_{attachment_id}",
       "type": "attachment",
       "task_id": "task_{task_id}",
       "name": "附件名称",
       "file_type": "文件类型",
       "file_size": "文件大小",
       "data": "附件二进制数据（可使用Base64编码存储）",
       "created_at": "创建时间"
     }
     

文档设计

1. 文档类型标识：每个文档都有一个type字段，用于明确文档的类型，便于查询和处理。
2. 关联关系：通过在文档中包含相关的id来建立关联，如任务文档中的project_id关联到项目文档，附件文档中的task_id关联到任务文档。
3. 时间戳：使用created_at字段记录文档的创建时间，方便进行时间序列相关的操作和审计。

同步逻辑

1. 客户端与本地CouchDB：
   • 客户端在离线状态下，将数据写入本地CouchDB数据库。
   • 当客户端上线后，本地CouchDB使用CouchDB的同步机制与服务器端CouchDB进行双向同步。
2. 服务器端CouchDB与其他服务器端CouchDB（如果有多台服务器）：
   • 服务器之间可以使用CouchDB的集群同步功能，确保数据在多台服务器之间的一致性。
   • 同步频率可以根据业务需求进行调整，例如定期同步或实时同步。

确保数据一致性

1. 版本控制：CouchDB使用修订版本号（_rev字段）来跟踪文档的变化。在同步过程中，CouchDB会自动处理版本冲突，确保数据的一致性。
2. 冲突解决策略：
   • 对于简单的文档更新冲突，可以采用“最后写入者胜出”的策略。
   • 对于复杂的冲突，如任务状态更新和附件添加同时发生冲突，可以通过自定义的冲突解决逻辑，例如提示用户手动选择保留哪个版本的数据。

确保数据安全性

1. 身份验证：
   • 使用CouchDB的内置身份验证机制，如用户名和密码验证。用户在登录客户端时，提供用户名和密码，客户端将其发送到服务器进行验证。
   • 也可以集成第三方身份验证服务，如OAuth，提高安全性和用户体验。
2. 授权：
   • 在数据库层面，设置不同用户对不同数据库和文档的访问权限。例如，项目所有者可以对项目相关的所有文档进行读写操作，而普通成员只能读取和更新部分文档。
   • 可以通过在文档中添加访问控制列表（ACL）来实现更细粒度的授权，指定哪些用户可以对文档进行何种操作。
3. 数据加密：
   • 对于敏感数据，如用户密码，在存储前进行加密处理，使用强加密算法，如BCrypt。
   • 对于传输中的数据，使用SSL/TLS协议进行加密，确保数据在客户端与服务器之间传输的安全性。