数据库设计思路和要点

架构 设计 数据库 MySQL

基本概念

• 单库
  

• 分片
  

  解决单个数据表数据量太大的问题，将单个表的数据均匀的放入多个表中

• 复制
  

  用于实现主从同步，主库的更新操作（insert/update/delete）向从库（1个或多个）进行同步，同步成功完成后主库和从库的数据是一致的，但是在同步过程的时间窗口内，主从数据是不一致的。

• 分片 + 分组
  

• 路由

  根据userid或PK将SQL请求路由至正确的分片实例中，常见的路由策略有：

  1. 号段
     算法：比如[1, 1kw]为一个分片，[1kw,2kw]为一个分片。
     优点：实现简单，数据分布均匀
     缺点：请求可能不均匀，比如有些业务场景下新增的用户请求量更大。
  2. Hash
     算法：Hash(userid) % 分片个数
     优点：实现简单，数据分布均匀，请求分布均匀
     缺点：新增分片需要迁移数据，可采用一致性Hash减少需要迁移的数据量

可用性

读高可用

解决办法：：

互联网应用的特点是绝大部分请求都是读请求，通过一主多从、冗余从库、读写分离的方式，通过增加从库数量，可以有效的提升读请求的性能和可靠性。主库只处理写请求，从库处理读请求。

存在问题：

1. 写库是单点，无法保障高可用
2. 主从同步需要时间，在这段同步的时间窗口内，读请求可能会读到旧数据

写高可用

解决办法一：双主

通过冗余写库的方式实现写库的高可用，写库之间进行数据复制：
缺点：
1. 多个写库之间的同步容易出现冲突，从而导致同步失败或数据不一致，一般比较少采用这种方式。

解决办法二：主主同步 + Virtual IP

通过VIP的方式，正常情况下读写都在其中一个主库上，同时主库向另一台备用主库同步数据，当这台主库宕机后，VIP浮动到备用主库，备用主库处理后续的读写请求。
优点：
1. 对应用层透明，应用层只需通过VIP访问数据库即可
2. 故障自动切换，当检测到主库故障时，VIP会自动浮动到备用主库上
缺点：
1. 资源利用率只有50%
2. 读写流量都落在主库上，没有通过从库的方式提高读性能

读高性能

解决办法一：冗余从库、读写分离

解决办法二：缓存

引入Cache后应用层的读写流程变为：
读流程：
1. 读Cache
2. 成功读到数据后直接返回，Cache Miss则读DB
3. 用从DB读到的数据去更新Cache
写流程：
1. 淘汰Cache
2. 更新DB

注意，这里在极端情况下，会出现读写一致性问题：写请求淘汰了Cache，但是还未更新DB成功，这时另一个读请求到来，读请求读Cache时Miss，从而去DB加载数据，而此时的数据还是旧数据，因为写流程中更新DB那一步骤还未完成，所以此时读请求读到的是旧数据，并且将旧数据也放入了Cache中，导致后续所有的读请求都读到旧数据，直到下一次写请求到来。

解决这个问题的办法有两种：
1. 为每个缓存项设置过期时间，过期时间到达之后该缓存项会失效，从而导致读请求穿透到DB，从而强制去DB加载一次最新数据。
2. 在写流程中增异步淘汰缓存的流程（双淘汰）：

写流程变为：
1. 淘汰Cache
2. 更新DB
3. 异步淘汰Cache，比如：利用定时器或定时队列，在60s后主动淘汰Cache，导致读请求穿透到DB去强制加载一次最新数据

读写一致性

使用一主多从架构时，由于主从同步需要一段时间开销，因此在这段时间窗口内数据会不一致性，表现出来的现象就是应用层读不到刚才写入的数据。

解决办法：强制读主
引入一个数据访问中间件，将主从同步时间窗口内的请求路由到主库