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之前發(fā)了《Galera，MySQL主從之外的另一種選擇》之后，很多朋友在評(píng)論里留言：

• “這不就是Oracle Rac嗎?”
• “這不就是MGR嗎?”
• …

思路比結(jié)論重要，為什么比是什么重要，今天就花1分鐘，說(shuō)下這里面架構(gòu)演進(jìn)的思路。

畫(huà)外音：大家不想聽(tīng)底層細(xì)節(jié)，就不深入細(xì)節(jié)了。

最早的數(shù)據(jù)庫(kù)都是單機(jī)的，其最大的痛點(diǎn)是啥?

無(wú)法線性擴(kuò)展。

磁盤(pán)能力無(wú)法線性擴(kuò)展，內(nèi)存能力無(wú)法線性擴(kuò)展，計(jì)算能力無(wú)法線性擴(kuò)展。

如今，喜歡創(chuàng)造概念的架構(gòu)師們，把這種架構(gòu)稱為“Shared Everything”架構(gòu)。

如上圖所示，DISK/MEM/CPU 都耦合在一個(gè)DBMS進(jìn)程內(nèi)，必須部署在一臺(tái)服務(wù)器上，完全處于競(jìng)爭(zhēng)態(tài)，無(wú)法線性擴(kuò)展，并行處理較差。

數(shù)據(jù)庫(kù)單機(jī)部署，就是典型的“Shared Everything”架構(gòu)。

如何來(lái)提升系統(tǒng)的并行能力呢?

最容易想到的，就是把無(wú)狀態(tài)的邏輯計(jì)算部分，從DBMS進(jìn)程內(nèi)拆分出來(lái)，做成可擴(kuò)展的微服務(wù)集群，實(shí)現(xiàn)“計(jì)算與存儲(chǔ)分離”。

如上圖所示：

(1)CPU邏輯計(jì)算拆分出了獨(dú)立的進(jìn)程，可以集群部署，能夠線程擴(kuò)展;

(2)DISK/MEM 仍耦合在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)，仍處于競(jìng)爭(zhēng)態(tài)，無(wú)法線性擴(kuò)展;

Oracle Rac，就是典型的“Shared Disk”架構(gòu)，核心思路是“計(jì)算與存儲(chǔ)分離”。

存儲(chǔ)部分磁盤(pán)IO仍有集中的資源競(jìng)爭(zhēng)，還有沒(méi)有進(jìn)一步的優(yōu)化空間呢?

最容易想到的，就是把數(shù)據(jù)打散，分布到不同的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例上，每部分?jǐn)?shù)據(jù)享有單獨(dú)的資源。

如上圖所示：

(1)把整體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分為了N份，每份之間沒(méi)有交集;

(2)每份數(shù)據(jù)的 DISK/MEM/CPU 都在一個(gè)DBMS進(jìn)程內(nèi)，部署在一臺(tái)服務(wù)器上;

(3)每份數(shù)據(jù)的資源之間的沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng);

沒(méi)錯(cuò)，這就是“水平切分”，它是典型的”Shared Nothing”架構(gòu)。

對(duì) Shared Everything/Disk/Nothing 這些高大上的名詞，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了不?

事情還沒(méi)完，水平切分存在什么問(wèn)題呢?

水平切分雖然是一種可擴(kuò)展架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)線性擴(kuò)展資源，但它會(huì)使得調(diào)用方失去數(shù)據(jù)的全局視野，使得調(diào)用方能力受限：

(1)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全局JOIN;

(2)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全局排序;

(3)無(wú)法支持集函數(shù);

(4)原訪問(wèn)一次DBMS的操作，需要調(diào)用多次;

(5)…

并把一些原本屬于DBMS職責(zé)的工作，轉(zhuǎn)嫁到調(diào)用方。

如何解決“線性擴(kuò)展能力”，同時(shí)又解決“失去全局視野”與“調(diào)用方能力受限”的問(wèn)題呢?

最容易想到的方案是，數(shù)據(jù)庫(kù)主從集群，每份數(shù)據(jù)都進(jìn)行復(fù)制，每個(gè)實(shí)例都獨(dú)享 DISK/MEM/CPU資源，避免實(shí)例之間的資源競(jìng)爭(zhēng)。

如上圖所示：

(1)把整體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分復(fù)制了N份，每份之間數(shù)據(jù)都一樣;

(2)每份數(shù)據(jù)的 DISK/MEM/CPU 都在一個(gè)DBMS進(jìn)程內(nèi)，部署在一臺(tái)服務(wù)器上;

(3)每份數(shù)據(jù)的資源之間的沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng);

理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨干，思路沒(méi)問(wèn)題，但實(shí)際執(zhí)行“復(fù)制”的過(guò)程中，會(huì)碰到一些問(wèn)題。

以MySQL為例，有3種常見(jiàn)的復(fù)制方式：

(1)異步復(fù)制

(2)半同步復(fù)制

(3)組復(fù)制

第一種，異步復(fù)制(Asynchronous Replication)

又叫主從復(fù)制(Primary-Secondary Replication)，是互聯(lián)網(wǎng)公司用的最多的數(shù)據(jù)復(fù)制與數(shù)據(jù)庫(kù)集群化方法，它的思路是，從庫(kù)執(zhí)行串行化后的主庫(kù)事務(wù)。

其核心原理如上圖所示：

(1)第一條時(shí)間線：主庫(kù)時(shí)間線;

• 主庫(kù)執(zhí)行事務(wù)
• 主庫(kù)事務(wù)串行化binlog
• binlog同步給從庫(kù)
• 主庫(kù)事務(wù)提交完成

(2)第二條/第三條時(shí)間線：從庫(kù)時(shí)間線;

• 收到relay log
• 執(zhí)行和主庫(kù)一樣的事務(wù)
• 生成自己的binlog(還可以繼續(xù)二級(jí)從庫(kù))
• 從庫(kù)事務(wù)提交完成

從這個(gè)時(shí)間線可以看到：

(1)主庫(kù)事務(wù)提交

(2)從庫(kù)事務(wù)執(zhí)行

是并行執(zhí)行的，主庫(kù)并不能保證從庫(kù)的事務(wù)一定執(zhí)行成功，甚至不能保證從庫(kù)一定收到相關(guān)的請(qǐng)求，這也是其稱作“異步復(fù)制”的原因。

第二種，半同步復(fù)制(Semi-synchronous Replication)

為了解決異步復(fù)制中“不能保證從庫(kù)一定收到請(qǐng)求”等問(wèn)題，對(duì)異步復(fù)制做了升級(jí)。

其核心原理如上圖所示：

(1)第一條時(shí)間線：主庫(kù)時(shí)間線;

• 主庫(kù)執(zhí)行事務(wù)
• 主庫(kù)事務(wù)串行化binlog
• binlog同步給從庫(kù)
• 等從庫(kù)確認(rèn)收到請(qǐng)求，主庫(kù)事務(wù)才提交完成

(2)第二條/第三條時(shí)間線：從庫(kù)時(shí)間線;

• 收到relay log
• 執(zhí)行和主庫(kù)一樣的事務(wù)，并給主庫(kù)一個(gè)確認(rèn)
• 生成自己的binlog(還可以繼續(xù)二級(jí)從庫(kù))
• 從庫(kù)事務(wù)提交完成

從這個(gè)時(shí)間線可以看到：

(1)主庫(kù)收到從庫(kù)的ACK，才會(huì)提交;

(2)從庫(kù)收到請(qǐng)求后，事務(wù)提交前，會(huì)給主庫(kù)一個(gè)ACK;

半同步復(fù)制存在什么問(wèn)題呢?

(1)主庫(kù)的性能，會(huì)受到較大的影響，事務(wù)提交之前，中間至少要等待2個(gè)主從之間的網(wǎng)絡(luò)TTL;

(2)從庫(kù)仍然有延時(shí)，主從之間數(shù)據(jù)仍然不一致;(3)主從角色有差異，主節(jié)點(diǎn)仍然是單點(diǎn);

大數(shù)據(jù)量，高并發(fā)量的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，一般不使用“半同步復(fù)制”，更多的公司仍然使用“異步復(fù)制”的模式。

最后是MySQL5.7里，新提出的MySQL組復(fù)制。

第三種，組復(fù)制(MySQL Group Replication，MGR)

MGR有一些帥氣的能力：

(1)解決了單點(diǎn)寫(xiě)入的問(wèn)題，一個(gè)分組內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)都能夠?qū)懭?

(2)最終一致性，緩解了一致性問(wèn)題，可以認(rèn)為大部分實(shí)例的數(shù)據(jù)都是最新的;

(3)高可用，系統(tǒng)故障時(shí)(即使是腦裂)，系統(tǒng)依然可用;

如上圖所示：

(1)首先，分組內(nèi)的MySQL實(shí)例不再是“主從”關(guān)系，而是對(duì)等的“成員”關(guān)系，故每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以寫(xiě)入;

(2)其次，增加了一個(gè)協(xié)商共識(shí)的認(rèn)證(certify)環(huán)節(jié)，多數(shù)節(jié)點(diǎn)達(dá)成一致的事務(wù)才能提交;

畫(huà)外音：Garela也是此類機(jī)制。

和MySQL傳統(tǒng)的復(fù)制不同，MGR的核心是分布式共識(shí)算法，類似于Paxos。

基于上一篇《Galera，MySQL主從之外的另一種選擇》的留言，似乎大部分人都非常熟悉算法的底層內(nèi)核，本篇就先不展開(kāi)了。

畫(huà)外音：感興趣的人多的話，再展開(kāi)細(xì)講。

不知不覺(jué)寫(xiě)了幾千字了，收個(gè)尾做個(gè)總結(jié)吧。

三類常見(jiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)

• Shared Everything：數(shù)據(jù)庫(kù)單機(jī)系統(tǒng)，資源競(jìng)爭(zhēng);
• Shared Disk：Oracle Rac，計(jì)算與存儲(chǔ)分離;
• Shared Nothing：水平切分，復(fù)制集群，資源完全隔離;

三類常見(jiàn)復(fù)制方式

• 異步復(fù)制：傳統(tǒng)主從，互聯(lián)網(wǎng)公司最常用;
• 半同步復(fù)制：從庫(kù)確認(rèn)，主庫(kù)才提交;
• 組復(fù)制：MySQL 5.7的新功能，核心在于分布式共識(shí)算法;

知其然，知其所以然。思路比結(jié)論更重要。

畫(huà)外音：對(duì)不起，讀完本文不止1分鐘。

【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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