本文為了便于讀者理解，將以“用戶中心”數(shù)據(jù)庫為例，講解數(shù)據(jù)庫架構設計的常見玩法。

一、用戶中心

用戶中心是一個常見業(yè)務，主要提供用戶注冊、登錄、信息查詢與修改的服務，其核心元數(shù)據(jù)為：

User(uid, uname, passwd, sex, age,nickname, …) 

其中：

• uid為用戶ID，主鍵
• uname, passwd, sex, age, nickname, …等為用戶的屬性

數(shù)據(jù)庫設計上，一般來說在業(yè)務初期，單庫單表就能夠搞定這個需求。

二、圖示說明

為了方便大家理解，后文圖片說明較多，其中：

• “灰色”方框，表示service，服務
• “紫色”圓框，標識master，主庫
• “粉色”圓框，表示slave，從庫

三、單庫架構

最常見的架構設計如上：

• user-service：用戶中心服務，對調(diào)用者提供友好的RPC接口
• user-db：一個庫進行數(shù)據(jù)存儲

四、分組架構

什么是分組?

答：分組架構是最常見的一主多從，主從同步，讀寫分離數(shù)據(jù)庫架構：

• user-service：依舊是用戶中心服務
• user-db-M(master)：主庫，提供數(shù)據(jù)庫寫服務
• user-db-S(slave)：從庫，提供數(shù)據(jù)庫讀服務

主和從構成的數(shù)據(jù)庫集群稱為“組”。

分組有什么特點?

答：同一個組里的數(shù)據(jù)庫集群：

• 主從之間通過binlog進行數(shù)據(jù)同步
• 多個實例數(shù)據(jù)庫結構完全相同
• 多個實例存儲的數(shù)據(jù)也完全相同，本質(zhì)上是將數(shù)據(jù)進行復制

分組架構究竟解決什么問題?

答：大部分互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務讀多寫少，數(shù)據(jù)庫的讀往往***成為性能瓶頸，如果希望：

• 線性提升數(shù)據(jù)庫讀性能
• 通過消除讀寫鎖沖突提升數(shù)據(jù)庫寫性能
• 通過冗余從庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“讀高可用”

此時可以使用分組架構，需要注意的是，分組架構中，數(shù)據(jù)庫的主庫依然是寫單點。

一句話總結，分組解決的是“數(shù)據(jù)庫讀寫高并發(fā)量高”問題，所實施的架構設計。

五、分片架構

什么是分片?

答：分片架構是大伙常說的水平切分(sharding)數(shù)據(jù)庫架構：

• user-service：依舊是用戶中心服務
• user-db1：水平切分成2份中的***份
• user-db2：水平切分成2份中的第二份

分片后，多個數(shù)據(jù)庫實例也會構成一個數(shù)據(jù)庫集群。

水平切分，到底是分庫還是分表?

答：強烈建議分庫，而不是分表，因為：

• 分表依然公用一個數(shù)據(jù)庫文件，仍然有磁盤IO的競爭
• 分庫能夠很容易的將數(shù)據(jù)遷移到不同數(shù)據(jù)庫實例，甚至數(shù)據(jù)庫機器上，擴展性更好

水平切分，用什么算法?

答：常見的水平切分算法有“范圍法”和“哈希法”：

范圍法如上圖：以用戶中心的業(yè)務主鍵uid為劃分依據(jù)，將數(shù)據(jù)水平切分到兩個數(shù)據(jù)庫實例上去：

• user-db1：存儲0到1千萬的uid數(shù)據(jù)
• user-db2：存儲0到2千萬的uid數(shù)據(jù)

哈希法如上圖：也是以用戶中心的業(yè)務主鍵uid為劃分依據(jù)，將數(shù)據(jù)水平切分到兩個數(shù)據(jù)庫實例上去：

• user-db1：存儲uid取模得1的uid數(shù)據(jù)
• user-db2：存儲uid取模得0的uid數(shù)據(jù)

這兩種方法在互聯(lián)網(wǎng)都有使用，其中哈希法使用較為廣泛。

分片有什么特點?

答：同一個分片里的數(shù)據(jù)庫集群：

• 多個實例之間本身不直接產(chǎn)生聯(lián)系，不像主從間有binlog同步
• 多個實例數(shù)據(jù)庫結構，也完全相同
• 多個實例存儲的數(shù)據(jù)之間沒有交集，所有實例間數(shù)據(jù)并集構成全局數(shù)據(jù)

分片架構究竟解決什么問題?

答：大部分互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)量很大，單庫容量容易成為瓶頸，此時通過分片可以：

• 線性提升數(shù)據(jù)庫寫性能，需要注意的是，分組架構是不能線性提升數(shù)據(jù)庫寫性能的
• 降低單庫數(shù)據(jù)容量

一句話總結，分片解決的是“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量大”問題，所實施的架構設計。

六、分組+分片架構

如果業(yè)務讀寫并發(fā)量很高，數(shù)據(jù)量也很大，通常需要實施分組+分片的數(shù)據(jù)庫架構：

• 通過分片來降低單庫的數(shù)據(jù)量，線性提升數(shù)據(jù)庫的寫性能
• 通過分組來線性提升數(shù)據(jù)庫的讀性能，保證讀庫的高可用

七、垂直切分

除了水平切分，垂直切分也是一類常見的數(shù)據(jù)庫架構設計，垂直切分一般和業(yè)務結合比較緊密。

還是以用戶中心為例，可以這么進行垂直切分：

User(uid, uname, passwd, sex, age, …) 
User_EX(uid, intro, sign, …) 

• 垂直切分開的表，主鍵都是uid
• 登錄名，密碼，性別，年齡等屬性放在一個垂直表(庫)里
• 自我介紹，個人簽名等屬性放在另一個垂直表(庫)里

如何進行垂直切分?

答：根據(jù)業(yè)務對數(shù)據(jù)進行垂直切分時，一般要考慮屬性的“長度”和“訪問頻度”兩個因素：

• 長度較短，訪問頻率較高的放在一起
• 長度較長，訪問頻度較低的放在一起

這是因為，數(shù)據(jù)庫會以行(row)為單位，將數(shù)load到內(nèi)存(buffer)里，在內(nèi)存容量有限的情況下，長度短且訪問頻度高的屬性，內(nèi)存能夠load更多的數(shù)據(jù)，***率會更高，磁盤IO會減少，數(shù)據(jù)庫的性能會提升。

垂直切分有什么特點?

答：垂直切分和水平切有相似的地方，又不太相同：

• 多個實例之間也不直接產(chǎn)生聯(lián)系，即沒有binlog同步
• 多個實例數(shù)據(jù)庫結構，都不一樣
• 多個實例存儲的數(shù)據(jù)之間至少有一列交集，一般來說是業(yè)務主鍵，所有實例間數(shù)據(jù)并集構成全局數(shù)據(jù)

垂直切分解決什么問題?

答：垂直切分即可以降低單庫的數(shù)據(jù)量，還可以降低磁盤IO從而提升吞吐量，但它與業(yè)務結合比較緊密，并不是所有業(yè)務都能夠進行垂直切分的。

八、總結

文章較長，希望至少記住這么幾點：

• 業(yè)務初期用單庫
• 讀壓力大，讀高可用，用分組
• 數(shù)據(jù)量大，寫線性擴容，用分片
• 屬性短，訪問頻度高的屬性，垂直拆分到一起

【本文為51CTO專欄作者“58沈劍”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者】

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