SequoiaDB巨杉資料庫基於已獲專利的全分散式邏輯時鐘機制，構建時間序列協議（STP，Sequence Time Protocol）。該協議用於 SequoiaDB內部邏輯時間同步，邏輯時間是SequoiaDB內部用於表示時間，但區別於實際時間的邏輯時間戳。STP維護邏輯時間，提供邏輯時鐘服務，而邏輯時間戳主要用於全域性事務處理。

技術說明

分散式資料庫架構下要保障事務一致性，必須藉助分散式事務，而分散式事務需要分散式資料庫提供一個全域性統一的事務號，準確標識不同會話的先後順序。為了保證分散式資料一致性，大多數廠商透過GTM（Global Transaction/Time Manager）解決方案提供統一的事務ID或時鐘服務，從而導致每次事務操作都需要跨伺服器進行。隨著伺服器規模的擴充套件，中心節點的處理能力降低，事務延遲增大，導致系統擴充套件能力受到極大限制。部分資料庫廠商為了保證資料一致性選擇放棄2PC提交模式，轉而使用1PC加業務補償策略，但在嚴格的事務一致性需求場景下將無法應用。

一、STP技術簡介

作為業界原生分散式資料庫以及新一代分散式資料庫的代表，SequoiaDB能夠實現分散式交易和ACID與傳統技術完全相容，實現架構和功能特性與傳統資料庫完全相容，以提供完整的事務支援和一致性保障，充分保證資料安全，滿足核心交易業務的嚴苛要求。

STP以節點形式部署在SequoiaDB叢集的每個機器中，以提供邏輯時鐘服務。STP節點分為Server和Client兩種角色，各STP Server之間透過Raft保證邏輯時鐘的強一致性，避免了強制所有參與節點從GTM中獲取唯一ID的步驟，每個資料庫節點透過本地的STP Client與主STP Server保持邏輯時鐘一致性，並透過專利技術確保邏輯時鐘持續向前推進，防止出現衝突。

其特點包括：

●單調遞增性：邏輯時鐘始終保持單調遞增，不受物理時鐘回撥影響；

●高可靠性：STP Server 一主多備，採用一致性 Raft 協議同步邏輯時鐘；

●高可用性：STP Client 與 Server 之間採用 DEBTP(Dynamic Error Based Time Protocol ) 同步邏輯時間，且 Server 與每個 Client 之間都維持獨立的動態時間誤差，既可以適應網路抖動，也可以滿足不同節點的複雜網路狀態。時間誤差根據時間同步、網路狀態進行動態調整；

●高效能：STP Client採用共享記憶體方式對外提供時間服務，讓邏輯時間的獲取為本地呼叫，沒有任何網路開銷，效能為納秒級。

STP始終保持單調遞增的方法如下：

1. STP Server採用一主多備，透過Raft協議同步ULT，並確保多數派成功。選主時，ULT最大的節點當選主節點；

2. STP Server重啟或切主時，會從本地持久化中獲取儲存的ULT，獲取當前的物理時間LRT並重新計算ULT。計算新的ULT時，如果 LRT > ULT + 同步週期則 ULT = LRT，否則 ULT = ULT + 同步週期。新的ULT將透過透過Raft協議同步至其他節點；

3. 當STP Client LLT > ULT時，則該STP Client需要阻塞時間服務，直到ULT >= LLT；

4. 當STP Client故障時，在一個同步週期內STP Client還可以提供時間服務，超時後則不能提供；同時，STP Client提供命令讓外部呼叫促發即時時間同步。

二、基於STP的分散式事務

SequoiaDB 基於STP的分散式事務能夠提供完整的事務支援和一致性保障，其特性如下：

●高併發能力：全域性事務GID由接入節點本地生成，不存在全域性單點瓶頸，沒有網路開銷，GTID生成在”納秒“級；

●線性擴充套件能力：透過增加“接入接點”即可完成事務處理能力的線性擴充套件；

●高效能：在事務訪問記錄不衝突時， 或者事務之間不出現邏輯時間衝突時，全域性事務退化為本地事務，不引入任何其它成本開銷，實現高效能；

●全域性一致的可見性：當事務的邏輯時間不出現衝突時，透過邏輯時間的大小比對即可決定相關事務在全域性的可見性；當事務的邏輯時間出現衝突時，則引入“可見性仲裁”來決定相關事務在全域性的可見性。

三、基於STP的分散式事務校時機制

GTID 由 節點ID + LLT 組成，全域性唯一。事務包含開始時間（LTb），預提交時間（LTpc）、提交時間（LTc）以及時間誤差（LTError）， LTb < LTpc + LTError， LTpc <= LTc。兩個事務的可見性判斷遵守STP邏輯時間比較規則， Δ取兩個事務中最大的時間誤差。如果兩個事務比較為“≡”，則需要進行“可見性仲裁”。

建立事務校時，事務從 Coordinator 到 Node建立時，Node會從本地 STP Client 獲取 LLT進行校時，如果相差大於指定閾值，則需要進行事務重試。該校時用於快速發現節點的時間是否同步。

提交事務校時，在預提交階段，Node需要從本地STP Client中獲取LLT進行校時，如果相差大於指定閾值，則需要進行事務預提交重試。Node在預提交時，需要返回 max(本節點最大的事務開始時間，本節點預提交處理時間)。Coordinator選取 max(Node返回時間，預提交時間) 作為最終的事務提交時間。

四、基於STP的分散式事務“一致性2PC”機制

傳統事務2PC機制在“2PC: Commit”階段發生故障時，會出現有的分割槽資料已提交而有的分割槽資料狀態不確定的情況。而“一致性2PC”機制會在Pre-Commit時共享事務分割槽資訊，讓參與事務的分割槽相互感知；分割槽執行Pre-Commit後進入WAIT_COMMIT狀態。在 “2PC: Commit”階段出現分割槽一致性時，處於WAIT_COMMIT的事務會發起一致性確認來修正事務狀態，一致性確認協議自動修復極端情況下事務的一致性。

修正事務狀態規則如下：

1）任一分割槽回滾則回滾；

2）任一分割槽提交則提交；

3）全部為 WAIT_COMMIT 則提交。

開發團隊

●帶隊負責人

巨杉資料庫STP技術專案的帶隊負責人是CTO王濤、研發副總裁許建輝、何國明等。

●隸屬機構：巨杉資料庫

巨杉資料庫是一家專注分散式資料庫技術研發，以全球資料庫的領導者為願景，以培育資料沃土，提升資料價值為使命的國產自研資料庫公司。

巨杉資料庫自2011年成立以來，專注資料庫技術研發，堅持從零開始打造原生分散式資料庫引擎，連續三年入榜 Gartner報告，成為當前新一代主流資料庫體系的燈塔廠商。

SequoiaDB巨杉資料庫是一款金融級分散式資料庫，目前已在超過100家大型銀行核心生產業務規模應用，並廣泛應用於證券、保險、電信、政府、網際網路、交通等領域，企業使用者總數超過1000家，應用場景包括分散式線上交易、資料中臺、分散式內容管理、實時資料管理等。

巨杉資料庫擁有世界頂級的資料庫研發團隊，分佈在廣州、深圳、北京等地，核心團隊成員主要來自於前IBM DB2北美研發團隊和華為分散式儲存團隊，天生具備企業級基因，同時引入包括阿里在內的國內創新型企業人才，是業界最頂尖的企業級分散式資料庫團隊。目前公司總人數約為170人。

相關評價

●民生銀行

巨杉資料庫採用原生分散式架構，提供完整SQL相容，完整支援ACID和分散式事務，具備災備和多活機制。這些對於金融聯機交易業務以及互金核心等是不可或缺的核心能力。

●廣發銀行

儲存資源池化、資料庫例項化、雲化的產品架構，是微服務架構下，SequoiaDB這樣的新一代資料庫重要的技術特點。

●恆豐銀行

面對海量內容資料，具備多型別資料統一管理，儲存彈性擴張，高可用和多活的分散式資料庫是一種新主流方向。