一、基本概念

二、資料庫架構設計思路

（1）可用性

（2）讀效能

（3）一致性

（4）擴充套件性

一、基本概念

概念一“單庫”

概念二“分片”

分片解決的是“資料量太大”的問題，也就是通常說的“水平切分”。

一旦引入分片，勢必有“資料路由”的概念，哪個資料訪問哪個庫。

路由規則通常有3種方法：

（1）範圍：range

優點：簡單，容易擴充套件

缺點：各庫壓力不均（新號段更活躍）

（2）雜湊：hash

優點：簡單，資料均衡，負載均勻

缺點：遷移麻煩（2庫擴3庫資料要遷移）

（3）路由服務：router-config-server

優點：靈活性強，業務與路由演算法解耦

缺點：每次訪問資料庫前多一次查詢

大部分網際網路公司採用的方案二：雜湊分庫，雜湊路由

概念三“分組”

分組解決“可用性”問題，分組通常透過主從複製的方式實現。

網際網路公司資料庫實際軟體架構是：又分片，又分組（如下圖）

二、資料庫架構設計思路

資料庫軟體架構師平時設計些什麼東西呢？至少要考慮以下四點：

（1）如何保證資料可用性

（2）如何提高資料庫讀效能（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）如何提高擴充套件性

2.1如何保證資料的可用性？

解決可用性問題的思路是=>冗餘

如何保證站點的可用性？複製站點，冗餘站點

如何保證服務的可用性？複製服務，冗餘服務

如何保證資料的可用性？複製資料，冗餘資料

資料的冗餘，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）

如何保證資料庫“讀”高可用？

冗餘讀庫

冗餘讀庫帶來的副作用？讀寫有延時，可能不一致

上面這個圖是很多網際網路公司mysql的架構，寫仍然是單點，不能保證寫高可用。

如何保證資料庫“寫”高可用？

冗餘寫庫

採用雙主互備的方式，可以冗餘寫庫

帶來的副作用？雙寫同步，資料可能衝突（例如“自增id”同步衝突）,如何解決同步衝突，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）不使用資料的id，業務層自己生成唯一的id，保證資料不衝突

58同城沒有使用上述兩種架構來做讀寫的“高可用”，58同城採用的是“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）不能透過加從庫的方式擴充套件讀效能

2）資源利用率為50%，一臺冗餘主沒有提供服務

那如何提高讀效能呢？進入第二個話題，如何提供讀效能。

2.2如何擴充套件讀效能？

提高讀效能的方式大致有三種，第一種是建立索引。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；

第二種擴充讀效能的方式是，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，資料不一致視窗越大（不一致後面說，還是先說讀效能的提高）

58同城沒有采用這種方法提高資料庫讀效能（沒有從庫），採用的是增加快取。常見的快取架構如下：

上游是業務應用，下游是主庫，從庫（讀寫分離），快取。

58同城的玩法是：服務+資料庫+快取一套

業務層不直接面向db和cache，服務層遮蔽了底層db、cache的複雜性。為什麼要引入服務層，今天不展開，58採用了“服務+資料庫+快取一套”的方式提供資料訪問，用cache提高讀效能。

不管採用主從的方式擴充套件讀效能，還是快取的方式擴充套件讀效能，資料都要複製多份（主+從，db+cache），一定會引發一致性問題。

2.3如何保證一致性？

主從資料庫的一致性，通常有兩種解決方案：

（1）中介軟體

如果某一個key有寫操作，在不一致時間視窗內，中介軟體會將這個key的讀操作也路由到主庫上。

這個方案的缺點是，資料庫中介軟體的門檻較高（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與快取間的不一致

常見的快取架構如上，此時寫操作的順序是：

（1）淘汰cache

（2）寫資料庫

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）讀從庫後，將資料放回cache

在一些異常時序情況下，有可能從【從庫讀到舊資料（同步還沒有完成），舊資料入cache後】，資料會長期不一致。

解決辦法是“快取雙淘汰”，寫操作時序升級為：

（1）淘汰cache

（2）寫資料庫

（3）在經驗“主從同步延時視窗時間”後，再次發起一個非同步淘汰cache的請求

這樣，即使有髒資料如cache，一個小的時間視窗之後，髒資料還是會被淘汰。帶來的代價是，多引入一次讀miss（成本可以忽略）。

除此之外，58同城的最佳實踐之一是：建議為所有cache中的item設定一個超時時間。

說完一致性，最後一個話題是擴充套件性。

2.4如何提高資料庫的擴充套件性？

原來用hash的方式路由，分為2個庫，資料量還是太大，要分為3個庫，勢必需要進行資料遷移，58同城有一個很帥氣的“資料庫秒級擴容”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+資料庫是一套（省去了快取）

資料庫採用“雙主”的模式。

擴容步驟：

第一步，將一個主庫提升

第二步，修改配置，2庫變4庫（原來MOD2，現在配置修改後MOD4）

擴容完成

原MOD2為偶的部分，現在會MOD4餘0或者2

原MOD2為奇的部分，現在會MOD4餘1或者3

資料不需要遷移，同時，雙主互相同步，一遍是餘0，一邊餘2，兩邊資料同步也不會衝突，秒級完成擴容！

最後，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）

這樣，秒級別內，我們就完成了2庫變4庫的擴充套件。

OK，今天主要分享了58同城，資料庫軟體架構上：

（1）如何保證資料可用性

（2）如何提高資料庫讀效能

（3）如何保證資料一致性

（4）如何進行秒級擴容

( 1 ) 將概念結構轉換為一般的關係、網狀、層次模型；

( 2 ) 將轉換來的關係、網狀、層次模型向指定資料庫管理系統支援的資料模型轉換；

( 3 ) 對資料模型進行最佳化。