一、用戶中心

用戶中心是一個(gè)常見(jiàn)業(yè)務(wù)，主要提供用戶注冊(cè)、登錄、信息查詢與修改的服務(wù)，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(kù)設(shè)計(jì)上，一般來(lái)說(shuō)在業(yè)務(wù)初期，單庫(kù)單表就能夠搞定這個(gè)需求。

二、圖示說(shuō)明

為了方便大家理解，后文圖片說(shuō)明較多，其中：

• “灰色”方框，表示service，服務(wù)
• “紫色”圓框，標(biāo)識(shí)master，主庫(kù)
• “粉色”圓框，表示slave，從庫(kù)

三、單庫(kù)架構(gòu)

最常見(jiàn)的架構(gòu)設(shè)計(jì)如上：

• user-service：用戶中心服務(wù)，對(duì)調(diào)用者提供友好的RPC接口
• user-db：一個(gè)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

四、分組架構(gòu)

1. 什么是分組?

答：分組架構(gòu)是最常見(jiàn)的一主多從，主從同步，讀寫(xiě)分離數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)：

• user-service：依舊是用戶中心服務(wù)
• user-db-M(master)：主庫(kù)，提供數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)服務(wù)
• user-db-S(slave)：從庫(kù)，提供數(shù)據(jù)庫(kù)讀服務(wù)

主和從構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫(kù)集群稱為“組”。

2. 分組有什么特點(diǎn)?

答：同一個(gè)組里的數(shù)據(jù)庫(kù)集群：

• 主從之間通過(guò)binlog進(jìn)行數(shù)據(jù)同步
• 多個(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)完全相同
• 多個(gè)實(shí)例存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也完全相同，本質(zhì)上是將數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制

3. 分組架構(gòu)究竟解決什么問(wèn)題?

答：大部分互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)讀多寫(xiě)少，數(shù)據(jù)庫(kù)的讀往往***成為性能瓶頸，如果希望：

• 線性提升數(shù)據(jù)庫(kù)讀性能
• 通過(guò)消除讀寫(xiě)鎖沖突提升數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)性能
• 通過(guò)冗余從庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“讀高可用”

此時(shí)可以使用分組架構(gòu)，需要注意的是，分組架構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫(kù)的主庫(kù)依然是寫(xiě)單點(diǎn)。

一句話總結(jié)，分組解決的是“數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)高并發(fā)量高”問(wèn)題，所實(shí)施的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

五、分片架構(gòu)

1. 什么是分片?

答：分片架構(gòu)是大伙常說(shuō)的水平切分(sharding)數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)：

• user-service：依舊是用戶中心服務(wù)
• 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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例也會(huì)構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)集群。

水平切分，到底是分庫(kù)還是分表?

答：強(qiáng)烈建議分庫(kù)，而不是分表，因?yàn)椋?/p>

• 分表依然公用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，仍然有磁盤(pán)IO的競(jìng)爭(zhēng)
• 分庫(kù)能夠很容易的將數(shù)據(jù)遷移到不同數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例，甚至數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)器上，擴(kuò)展性更好

2. 水平切分，用什么算法?

答：常見(jiàn)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(wù)主鍵uid為劃分依據(jù)，將數(shù)據(jù)水平切分到兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例上去：

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

哈希法如上圖：也是以用戶中心的業(yè)務(wù)主鍵uid為劃分依據(jù)，將數(shù)據(jù)水平切分到兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例上去：

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

3. 分片有什么特點(diǎn)?

答：同一個(gè)分片里的數(shù)據(jù)庫(kù)集群：

• 多個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，也完全相同
• 多個(gè)實(shí)例存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)之間沒(méi)有交集，所有實(shí)例間數(shù)據(jù)并集構(gòu)成全局?jǐn)?shù)據(jù)

4. 分片架構(gòu)究竟解決什么問(wèn)題?

答：大部分互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量很大，單庫(kù)容量容易成為瓶頸，此時(shí)通過(guò)分片可以：

• 線性提升數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)性能，需要注意的是，分組架構(gòu)是不能線性提升數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)性能的
• 降低單庫(kù)數(shù)據(jù)容量

一句話總結(jié)，分片解決的是“數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)量大”問(wèn)題，所實(shí)施的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

六、分組+分片架構(gòu)

如果業(yè)務(wù)讀寫(xiě)并發(fā)量很高，數(shù)據(jù)量也很大，通常需要實(shí)施分組+分片的數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)：

• 通過(guò)分片來(lái)降低單庫(kù)的數(shù)據(jù)量，線性提升數(shù)據(jù)庫(kù)的寫(xiě)性能
• 通過(guò)分組來(lái)線性提升數(shù)據(jù)庫(kù)的讀性能，保證讀庫(kù)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(jiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，垂直切分一般和業(yè)務(wù)結(jié)合比較緊密。

還是以用戶中心為例，可以這么進(jìn)行垂直切分：

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

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

1. 如何進(jìn)行垂直切分?

答：根據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行垂直切分時(shí)，一般要考慮屬性的“長(zhǎng)度”和“訪問(wèn)頻度”兩個(gè)因素：

• 長(zhǎng)度較短，訪問(wèn)頻率較高的放在一起
• 長(zhǎng)度較長(zhǎng)，訪問(wèn)頻度較低的放在一起

這是因?yàn)椋瑪?shù)據(jù)庫(kù)會(huì)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(zhǎng)度短且訪問(wèn)頻度高的屬性，內(nèi)存能夠load更多的數(shù)據(jù)，***率會(huì)更高，磁盤(pán)IO會(huì)減少，數(shù)據(jù)庫(kù)的性能會(huì)提升。

2. 垂直切分有什么特點(diǎn)?

答：垂直切分和水平切有相似的地方，又不太相同：

• 多個(gè)實(shí)例之間也不直接產(chǎn)生聯(lián)系，即沒(méi)有binlog同步
• 多個(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，都不一樣
• 多個(gè)實(shí)例存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)之間至少有一列交集，一般來(lái)說(shuō)是業(yè)務(wù)主鍵，所有實(shí)例間數(shù)據(jù)并集構(gòu)成全局?jǐn)?shù)據(jù)

3. 垂直切分解決什么問(wèn)題?

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

八、總結(jié)

文章較長(zhǎng)，希望至少記住這么幾點(diǎn)：

• 業(yè)務(wù)初期用單庫(kù)
• 讀壓力大，讀高可用，用分組
• 數(shù)據(jù)量大，寫(xiě)線性擴(kuò)容，用分片
• 屬性短，訪問(wèn)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(qǐng)聯(lián)系原作者】

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