數據庫軟件架構設計些什么
一、基本概念
二、數據庫架構設計思路
(1)可用性
(2)讀性能
(3)一致性
(4)擴展性
一、基本概念
概念一“單庫”
概念二“分片”
分片解決的是“數據量太大”的問題，也就是通常說的“水平切分”。
一旦引入分片，勢必有“數據路由”的概念，哪個數據訪問哪個庫。
路由規則通常有3種方法：
(1)范圍：range
優點：簡單，容易擴展
缺點：各庫壓力不均(新號段更活躍)
(2)哈希：hash
優點：簡單，數據均衡，負載均勻
缺點：遷移麻煩(2庫擴3庫數據要遷移)
(3)路由服務：router-config-server
優點：靈活性強，業務與路由算法解耦
缺點：每次訪問數據庫前多一次查詢
大部分互聯網公司采用的方案二：哈希分庫，哈希路由
概念三“分組”
分組解決“可用性”問題，分組通常通過主從復制的方式實現。
互聯網公司數據庫實際軟件架構是：又分片，又分組(如下圖)
二、數據庫架構設計思路
數據庫軟件架構師平時設計些什么東西呢?至少要考慮以下四點：
(1)如何保證數據可用性
(2)如何提高數據庫讀性能(大部分應用讀多寫少，讀會先成為瓶頸)
(3)如何保證一致性
(4)如何提高擴展性
2.1如何保證數據的可用性?
解決可用性問題的思路是=>冗余
- 如何保證站點的可用性?復制站點，冗余站點
- 如何保證服務的可用性?復制服務，冗余服務
- 如何保證數據的可用性?復制數據，冗余數據
數據的冗余，會帶來一個副作用=>引發一致性問題(先不說一致性問題，先說可用性)
如何保證數據庫“讀”高可用?
冗余讀庫
冗余讀庫帶來的副作用?讀寫有延時，可能不一致
上面這個圖是很多互聯網公司mysql的架構，寫仍然是單點，不能保證寫高可用。
如何保證數據庫“寫”高可用?
冗余讀庫
采用雙主互備的方式，可以冗余寫庫
帶來的副作用?雙寫同步，數據可能沖突(例如“自增id”同步沖突),如何解決同步沖突，有兩種常見解決方案：
(1)兩個寫庫使用不同的初始值，相同的步長來增加id：1寫庫的id為0,2,4,6...;2寫庫的id為1,3,5,7…
(2)不使用數據的id，業務層自己生成唯一的id，保證數據不沖突
58同城沒有使用上述兩種架構來做讀寫的“高可用”，58同城采用的是“雙主當主從用”的方式：
仍是雙主，但只有一個主提供服務(讀+寫)，另一個主是“shadow-master”，只用來保證高可用，平時不提供服務。
master掛了，shadow-master頂上(vip漂移，對業務層透明，不需要人工介入)
這種方式的好處：
1)讀寫沒有延時
2)讀寫高可用
不足：
1)不能通過加從庫的方式擴展讀性能
2)資源利用率為50%，一臺冗余主沒有提供服務
那如何提高讀性能呢?進入第二個話題，如何提供讀性能。
2.2如何擴展讀性能?
提高讀性能的方式大致有三種，***種是建立索引。這種方式不展開，要提到的一點是，不同的庫可以建立不同的索引。
寫庫不建立索引;
線上讀庫建立線上訪問索引，例如uid;
線下讀庫建立線下訪問索引，例如time;
第二種擴充讀性能的方式是，增加從庫，這種方法大家用的比較多，但是，存在兩個缺點：
(1)從庫越多，同步越慢
(2)同步越慢，數據不一致窗口越大(不一致后面說，還是先說讀性能的提高)
58同城沒有采用這種方法提高數據庫讀性能(沒有從庫)，采用的是增加緩存。常見的緩存架構如下：
上游是業務應用，下游是主庫，從庫(讀寫分離)，緩存。
58同城的玩法是：服務+數據庫+緩存一套
業務層不直接面向db和cache，服務層屏蔽了底層db、cache的復雜性。為什么要引入服務層，今天不展開，58采用了“服務+數據庫+緩存一套”的方式提供數據訪問，用cache提高讀性能。
不管采用主從的方式擴展讀性能，還是緩存的方式擴展讀性能，數據都要復制多份(主+從，db+cache)，一定會引發一致性問題。
2.3如何保證一致性?
主從數據庫的一致性，通常有兩種解決方案：
(1)中間件
如果某一個key有寫操作，在不一致時間窗口內，中間件會將這個key的讀操作也路由到主庫上。
這個方案的缺點是，數據庫中間件的門檻較高(百度，騰訊，阿里，360等一些公司有，當然58也有)
(2)強制讀主
58的“雙主當主從用”的架構，不存在主從不一致的問題。
第二類不一致，是db與緩存間的不一致
常見的緩存架構如上，此時寫操作的順序是：
(1)淘汰cache
(2)寫數據庫
讀操作的順序是：
(1)讀cache，如果cache hit則返回
(2)如果cache miss，則讀從庫
(3)讀從庫后，將數據放回cache
在一些異常時序情況下，有可能從【從庫讀到舊數據(同步還沒有完成)，舊數據入cache后】，數據會長期不一致。
解決辦法是“緩存雙淘汰”，寫操作時序升級為：
(1)淘汰cache
(2)寫數據庫
(3)在經驗“主從同步延時窗口時間”后，再次發起一個異步淘汰cache的請求
這樣，即使有臟數據如cache，一個小的時間窗口之后，臟數據還是會被淘汰。帶來的代價是，多引入一次讀miss(成本可以忽略)。
除此之外，58同城的***實踐之一是：建議為所有cache中的item設置一個超時時間。
說完一致性，***一個話題是擴展性。
2.4如何提高數據庫的擴展性?
原來用hash的方式路由，分為2個庫，數據量還是太大，要分為3個庫，勢必需要進行數據遷移，58同城有一個很帥氣的“數據庫秒級擴容”方案。
如何秒級擴容?
首先，我們不做2庫變3庫的擴容，我們做2庫變4庫(庫加倍)的擴容(未來4->8->16)
服務+數據庫是一套(省去了緩存)
數據庫采用“雙主”的模式。
擴容步驟：
***步，將一個主庫提升
第二步，修改配置，2庫變4庫(原來MOD2，現在配置修改后MOD4)
擴容完成
原MOD2為偶的部分，現在會MOD4余0或者2
原MOD2為奇的部分，現在會MOD4余1或者3
數據不需要遷移，同時，雙主互相同步，一遍是余0，一邊余2，兩邊數據同步也不會沖突，秒級完成擴容!
***，要做一些收尾工作：
(1)將舊的雙主同步解除
(2)增加新的雙主(雙主是保證可用性的，shadow-master平時不提供服務)
(3)刪除多余的數據(余0的主，可以將余2的數據刪除掉)
這樣，秒級別內，我們就完成了2庫變4庫的擴展。
【本文為51CTO專欄作者“58沈劍”原創稿件，轉載請聯系原作者】
