隨著SaaS軟件日益流行，如何為企業(yè)用戶提供即統(tǒng)一又相互獨(dú)立的服務(wù)，成為很多基礎(chǔ)軟件商的課題，因而租戶能力正受到更多關(guān)注。另一方面，隨著分布式數(shù)據(jù)庫的流行，如何充分利用分布式環(huán)境的算力及存儲資源為不同業(yè)務(wù)服務(wù)，也同樣對租戶能力提出的要求。本文針對常用的租戶實(shí)現(xiàn)方法、技術(shù)路線進(jìn)行說明，重點(diǎn)說明場景數(shù)據(jù)庫的租戶能力并加以對比。

1、多租戶能力概述

多租戶（Multi Tenancy/Tenant）是一種軟件架構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)如何在多用戶環(huán)境下共用相同的系統(tǒng)或程序組件，并且可確保各用戶間數(shù)據(jù)的隔離性。與之相對應(yīng)的就是單租戶SaaS架構(gòu)（也被稱作多實(shí)例架構(gòu)（Multiple Instance））。兩者的區(qū)別在于，單租戶是為每個(gè)客戶單獨(dú)創(chuàng)建各自的軟件應(yīng)用和支撐環(huán)境。后者通常被廣泛引用在客戶需要支持定制化的應(yīng)用場合。

（1）多租戶業(yè)務(wù)訴求

很多平臺類應(yīng)用或系統(tǒng)（如電商 CRM 平臺、倉庫訂單平臺等等），它們的服務(wù)模型是圍繞用戶維度（這里的用戶維度可以是一個(gè)賣家或品牌，可以是一個(gè)倉庫等）展開的。因此，這類型的平臺業(yè)務(wù)，為了支持業(yè)務(wù)系統(tǒng)的水平擴(kuò)展性，業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫通常是按用戶維度進(jìn)行水平切分。當(dāng)平臺類應(yīng)用的一些用戶慢慢成長為大用戶（比如大品牌、大賣家、大倉庫等）后，這些大用戶由于其數(shù)據(jù)量或流量明顯要比其它用戶多得多，容易出現(xiàn)如業(yè)務(wù)熱點(diǎn)瓶頸、資源使用不均、服務(wù)品質(zhì)受損等問題。SaaS 多租戶模型作為一種應(yīng)用的架構(gòu)，常用來解決業(yè)務(wù)的上述問題。在SaaS多租戶模型中，業(yè)務(wù)系統(tǒng)會需要服務(wù)多個(gè)用戶，每個(gè)用戶（或每批用戶）可以被視為一個(gè)租戶。SaaS 多租戶解決業(yè)務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題以及租戶資源彈性定制的核心思路，就是租戶間的資源隔離及數(shù)據(jù)隔離。針對多租戶的問題，可以有多種解決思路。

（2）多租戶構(gòu)建模式

針對多租戶需求，常見有三種構(gòu)建模式：

• 獨(dú)立數(shù)據(jù)庫：一個(gè)租戶獨(dú)享一個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)例，提供最強(qiáng)的分離度，租戶數(shù)據(jù)彼此物理不可見，備份恢復(fù)都很靈活；
• 共享數(shù)據(jù)庫、獨(dú)立 Schema：將每個(gè)租戶關(guān)聯(lián)到同一個(gè)數(shù)據(jù)庫的不同 Schema，租戶間數(shù)據(jù)彼此邏輯不可見，上層應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)和獨(dú)立數(shù)據(jù)庫一樣簡單，但備份恢復(fù)稍顯復(fù)雜；
• 共享數(shù)據(jù)庫、共享 Schema、共享數(shù)據(jù)表：租戶數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)表級別實(shí)現(xiàn)共享，提供最低成本，但引入了額外的編程復(fù)雜性，備份恢復(fù)也更復(fù)雜。

從上面多種構(gòu)建模式對比可見，各方案有著鮮明的優(yōu)缺點(diǎn)。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，可分為兩種情況，一種是采用數(shù)據(jù)庫內(nèi)置能力來支持租戶，一種是在應(yīng)用側(cè)來解決。針對前者，后文將著重談?wù)劯鲾?shù)據(jù)庫的租戶能力；后者往往依賴于應(yīng)用研發(fā)能力。特別是共享庫、Schema、表的模式，具有成本低的明顯優(yōu)勢，通常在應(yīng)用研發(fā)側(cè)來解決，但這一模式面臨諸多難點(diǎn)，在實(shí)際使用中常通過中間件策略增強(qiáng)這一模式能力，補(bǔ)齊短板。

（3）中間件策略解決難點(diǎn)

如上面所說，采用中間件策略可以解決第三種模式的短板，這其中需要著重解決以下問題：

• 開發(fā)復(fù)雜問題。原模式中通常需要引入租戶ID的概念，在行級增加標(biāo)識來區(qū)分，這對于業(yè)務(wù)研發(fā)是不太友好的，需要在中間件層面最好屏蔽，讓業(yè)務(wù)研發(fā)回歸到租戶內(nèi)，不用感知到租戶信息。
• 跨機(jī)分布式事務(wù)。有時(shí)是需要提供跨租戶的數(shù)據(jù)訪問，這意味著業(yè)務(wù)需要做很多額外的應(yīng)用改造成本，才能盡量來避免跨機(jī)事務(wù)導(dǎo)致業(yè)務(wù)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)。可通過中間件層提供強(qiáng)一致分布式事務(wù)能力來解決這一問題。
• 元數(shù)據(jù)一致性。當(dāng)使用跨Schema或共享數(shù)據(jù)表的模式，都面臨操作所有租戶對象同時(shí)生效問題。比如在 MySQL 的建刪表、加減列、加減索引等常見的DDL操作，需要中間件能力來保證平臺所有租戶的表能同時(shí)生效，一旦執(zhí)行中斷，可以自動回退，無需人工介入來訂正。
• 租戶數(shù)據(jù)遷移。當(dāng)租戶發(fā)展壯大后會面臨資源不足需要遷移等情況，此時(shí)就需要針對租戶提供數(shù)據(jù)遷移能力，與底層資源層解耦，實(shí)現(xiàn)按需使用。這部分維護(hù)成本很高，中間件可提供此能力便于在租戶層面進(jìn)行遷移。

2、數(shù)據(jù)庫租戶能力調(diào)研

有很多數(shù)據(jù)庫已經(jīng)內(nèi)置了多租戶能力，用戶可很方便地基于此快速開發(fā) SaaS 類應(yīng)用。下面簡單對比下：

（1）Oracle 租戶能力

Oracle 多租戶功能允許在一個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)例中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫被稱為插件數(shù)據(jù)庫（簡稱 PDB）。多租戶功能通過將不同的 PDB 分離在不同的存儲空間中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的隔離，從而提高數(shù)據(jù)庫的利用率和靈活性。以下是 Oracle 多租戶功能的主要特點(diǎn)：

• 獨(dú)立性：每個(gè) PDB 都是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫，具有自己的數(shù)據(jù)和配置。這使得您可以在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)例中運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序，而不會相互干擾。
• 共享資源：多個(gè) PDB 可以共享一些資源，如數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、CPU 和內(nèi)存。這有助于提高資源利用率，并降低硬件成本。
• 數(shù)據(jù)隔離：每個(gè) PDB 都有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)存儲，確保數(shù)據(jù)安全性。此外，Oracle 多租戶還支持跨 PDB 數(shù)據(jù)復(fù)制和同步，便于數(shù)據(jù)在不同 PDB 之間共享和一致性。
• 權(quán)限管理：Oracle 多租戶功能允許您為每個(gè) PDB 獨(dú)立設(shè)置用戶和權(quán)限。這有助于實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的權(quán)限控制，提高數(shù)據(jù)安全性。
• 簡化管理：通過 Oracle 多租戶功能，您可以集中管理多個(gè) PDB，從而簡化數(shù)據(jù)庫管理和維護(hù)工作。
• 高可用性：Oracle 多租戶支持 PDB 的自動故障轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)，確保應(yīng)用程序的高可用性。

（2）PostgreSQL 租戶能力

PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫本身并沒有類似 Oracle 數(shù)據(jù)提供完善的租戶能力，但是可以結(jié)合多種開源技術(shù)和框架，實(shí)現(xiàn)廣義軟件架構(gòu)上的多租戶模式。PostgreSQL 支持實(shí)例-庫-Schema三級，也支持行級安全策略，可通過上面技術(shù)能力，實(shí)現(xiàn)在庫、Schema和行級別的租戶能力。

（3）TiDB 租戶能力

TiDB 采用了雙層資源管控機(jī)制來實(shí)現(xiàn)更精確的管控?！傲髁靠刂啤蹦K控制資源限額，確保僅在限額內(nèi)的操作才能得以執(zhí)行；“調(diào)度控制”模塊則對隊(duì)列中的任務(wù)設(shè)置不同的優(yōu)先級，以確保在負(fù)載劇烈變化或超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，高優(yōu)先級的任務(wù)能夠得到快速反饋。TiDB 資源管控特性提供了兩層資源管理能力，包括在 TiDB 層的流控能力和 TiKV 層的優(yōu)先級調(diào)度的能力。將用戶綁定到某個(gè)資源組后，TiDB 層會根據(jù)用戶所綁定資源組設(shè)定的配額對用戶的讀寫請求做流控，TiKV 層會根據(jù)配額映射的優(yōu)先級來對請求做調(diào)度。

• 資源組，是資源管理的邏輯單元。任意一個(gè)會話屬于唯一的資源組，而同一資源組的所有會話共享同一組資源限額。TiDB 支持?jǐn)?shù)據(jù)庫用戶與資源組的映射關(guān)系，通過設(shè)置數(shù)據(jù)庫用戶的默認(rèn)資源組，用戶會話可以分屬于不同的資源組。未指定默認(rèn)資源組的用戶，與系統(tǒng)內(nèi)置的 default 資源組相關(guān)聯(lián)。
• 資源限額，TiDB 首先支持為資源組配置用量 (RU)。RU (Request Unit) 是 TiDB 對 CPU、IO 等系統(tǒng)資源的統(tǒng)一抽象的單位，目前會考慮 CPU、IOPS 和 IO 帶寬三個(gè)指標(biāo)，按照一定的比例統(tǒng)一到 RU 單位上。TiDB 支持設(shè)置資源組為 BURSTABLE 模式，BURSTABLE 模式允許資源組超額使用到集群的空閑資源。
• 調(diào)度優(yōu)先級，默認(rèn)情況下所有資源組的優(yōu)先級 (PRIORITY)均為“中等(medium)”。當(dāng)資源組在同一優(yōu)先級下，調(diào)度優(yōu)先級按照資源配額的比例分配，這已經(jīng)能夠滿足絕大多數(shù)場景的需要。用戶仍舊可以顯式地指定資源組優(yōu)先級為“高(high)”或者“低(low)”，從而完成更復(fù)雜的設(shè)定。

（4）OceanBase 租戶能力

OceanBase 數(shù)據(jù)庫采用了多租戶架構(gòu)。多租戶架構(gòu)適用于資源整合、SaaS 服務(wù)等場景，同時(shí)也降低了運(yùn)維復(fù)雜度。集群偏向于部署層面的物理概念，是 Zone 和節(jié)點(diǎn)的集合，Zone 和節(jié)點(diǎn)具有部署地域（稱為 Region）等屬性；而租戶則偏向于資源層面的邏輯概念，是在物理節(jié)點(diǎn)上劃分的資源單元，可以指定其資源規(guī)格，包括 CPU、內(nèi)存、日志盤空間、IOPS 等。租戶類似于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫實(shí)例，租戶通過資源池與資源關(guān)聯(lián)，從而獨(dú)占一定的資源配額，可以動態(tài)調(diào)整資源配額。在租戶下可以創(chuàng)建 Database、表、用戶等數(shù)據(jù)庫對象。

• 資源規(guī)格，定義常見物理資源項(xiàng)的大小，包括 CPU、內(nèi)存、磁盤空間、IOPS 等。創(chuàng)建資源池時(shí)指定其資源規(guī)格，從而根據(jù)定義創(chuàng)建資源單元。
• 資源單元（Unit），Unit 是租戶管理中非常重要的概念。OceanBase 按照 Unit 來管理物理資源，是 CPU、內(nèi)存、存儲空間、IOPS 等物理資源的集合。Unit 也是資源調(diào)度的基本單位，其具有節(jié)點(diǎn)、Zone、Region 等位置屬性，節(jié)點(diǎn)是服務(wù)器的抽象，Zone 是機(jī)房的抽象，Region 是地域的抽象，通過調(diào)整 Unit 的位置屬性從而調(diào)整租戶的部署方式。
• 資源池，每個(gè) Unit 都?xì)w屬于一個(gè)資源池，每個(gè)資源池由若干個(gè) Unit 組成，資源池是資源分配的基本單位，同一個(gè)資源池內(nèi)的各個(gè) Unit 具有相同的資源規(guī)格，即該資源池內(nèi) Unit 的物理資源大小都相同。

通過 Unit 的概念，我們將 OceanBase 數(shù)據(jù)庫的物理概念和邏輯概念進(jìn)行了關(guān)聯(lián)。每個(gè)租戶有若干 Unit ，分布于若干 Zone 的若干節(jié)點(diǎn)上。而每個(gè)節(jié)點(diǎn)上分布有若干個(gè) Unit ，這些 Unit 歸屬于不同租戶。概括的講：集群由節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)是 Unit 的容器。租戶由 Unit 組成，Unit 是數(shù)據(jù)庫對象的容器。

（5）PolarDB-X 租戶能力

PolarDB-X 是阿里云旗下一款分布式數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。它通過結(jié)合非模板化二級分區(qū)與Locality兩項(xiàng)能力，來解決租戶場景問題。

• 非模塊化二級分區(qū)，是指 PolarDB-X 支持使用二級分區(qū)創(chuàng)建分區(qū)表?？稍诟鱾€(gè)一級分區(qū)之下的二級分的分區(qū)數(shù)目及其邊界值定義允許不一致。通過這種方式可以將大小租戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)存儲策略，例如大租戶可以將數(shù)據(jù)路由到一組數(shù)據(jù)分區(qū)中，小租戶可以按哈希算法自動均衡到不同分區(qū)，從而避免訪問熱點(diǎn)。
• Locality，PolarDB-X 通過這個(gè)關(guān)鍵字來指定數(shù)據(jù)庫分區(qū)的實(shí)際存儲資源位置（PolarDB分布式版中存儲資源由多個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（DN節(jié)點(diǎn)）組成，可以通過DN的ID進(jìn)行位置分配），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離或數(shù)據(jù)的均勻分布。

3、數(shù)據(jù)庫租戶操作示例

（1）TiDB 操作示例

（2）OceanBase 操作示例