大型網站應用中MySQL的架構演變史

沒有什麼東西是一成不變的，包含我們的理想和生活！MySQL作為一個免費的開源的關係型資料庫，深受大家喜愛，從最初的無人問津到當下的去IOE，都體現出了MySQL舉足輕重的作用。今天我們就從淘寶的發展來闡述MySQL在大型網站下的架構演變史！

MySQL的可擴充套件性

架構的可擴充套件性往往和併發是息息相關，沒有併發的增長，也就沒有必要做高可擴充套件性的架構，這裡對可擴充套件性進行簡單介紹一下，常用的擴充套件手段有以下兩種

Scale-up : 縱向擴充套件，通過替換為更好的機器和資源來實現伸縮，提升服務能力
Scale-out : 橫向擴充套件,  通過加節點（機器）來實現伸縮，提升服務能力

對於網際網路的高併發應用來說，無疑Scale out才是出路，通過縱向的買更高階的機器一直是我們所避諱的問題，也不是長久之計，在scale out的理論下，可擴充套件性的理想狀態是什麼？

可擴充套件性的理想狀態

一個服務，當面臨更高的併發的時候，能夠通過簡單增加機器來提升服務支撐的併發度，且增加機器過程中對線上服務無影響(no down time)，這就是可擴充套件性的理想狀態！

MySQL架構的演變

MySQL簡單網站架構(V1.0)

一個簡單的小型網站或者應用背後的架構可以非常簡單,  資料儲存只需要一個mysql instance就能滿足資料讀取和寫入需求（這裡忽略掉了資料備份的例項），處於這個時間段的網站，一般會把所有的資訊存到一個database instance裡面。

在這樣的架構下，我們來看看資料儲存的瓶頸是什麼？

• 1.資料量的總大小  一個機器放不下時
• 2.資料的索引（B+ Tree）一個機器的記憶體放不下時
• 3.訪問量(讀寫混合)一個例項不能承受

只有當以上3件事情任何一件或多件滿足時，我們才需要考慮往下一級演變。 從此我們可以看出，事實上對於很多小公司小應用，這種架構已經足夠滿足他們的需求了，初期資料量的準確評估是杜絕過度設計很重要的一環，畢竟沒有人願意為不可能發生的事情而浪費自己的經歷。

這裡簡單舉個我的例子，對於使用者資訊這類表 （3個索引），16G記憶體能放下大概2000W行資料的索引，簡單的讀和寫混合訪問量3000/s左右沒有問題，你的應用場景是否

MySQL的垂直架構(V2.0)

一般當V1.0 遇到瓶頸時，首先最簡便的拆分方法就是垂直拆分，何謂垂直？就是從業務角度來看，將關聯性不強的資料拆分到不同的instance上，從而達到消除瓶頸的目標。以圖中的為例，將使用者資訊資料，和業務資料拆分到不同的三個例項上。對於重複讀型別比較多的場景，我們還可以加一層cache，來減少對DB的壓力。

在這樣的架構下，我們來看看資料儲存的瓶頸是什麼？

單例項單業務，依然存在V1.0所述瓶頸，遇到瓶頸時可以考慮往本文更高V版本升級, 若是讀請求導致達到效能瓶頸可以考慮往V3.0升級， 其他瓶頸考慮往V4.0升級

MySQL的主從架構(V3.0)

此類架構主要解決V2.0架構下的讀問題，通過給Instance掛資料實時備份的思路來遷移讀取的壓力，在Mysql的場景下就是通過主從結構，主庫抗寫壓力，通過從庫來分擔讀壓力，對於寫少讀多的應用，V3.0主從架構完全能夠勝任

在這樣的架構下，我們來看看資料儲存的瓶頸是什麼？

寫入量主庫不能承受

MySQL的路由多叢集架構(V4.0)

對於V2.0 V3.0方案遇到瓶頸時，都可以通過水平拆分來解決，水平拆分和垂直拆分有較大區別，垂直拆分拆完的結果，在一個例項上是擁有全量資料的，而水平拆分之後，任何例項都只有全量的1/n的資料，以下圖Userinfo的拆分為例，將userinfo拆分為3個cluster，每個cluster持有總量的1/3資料，3個cluster資料的總和等於一份完整資料（注：這裡不再叫單個例項 而是叫一個cluster 代表包含主從的一個小mysql叢集）

資料如何路由？

1.Range拆分

sharding key按連續區間段路由，一般用在有嚴格自增ID需求的場景上，如Userid, Userid Range的小例子：以userid 3000W 為Range進行拆分 1號cluster userid 1-3000W 2號cluster userid 3001W-6000W

2.List拆分

List拆分與Range拆分思路一樣，都是通過給不同的sharding key來路由到不同的cluster,但是具體方法有些不同,List主要用來做sharding key不是連續區間的序列落到一個cluster的情況，如以下場景：

假定有20個音像店，分佈在4個有經銷權的地區，如下表所示：

地區	商店ID 號
北區	3, 5, 6, 9, 17
東區	1, 2, 10, 11, 19, 20
西區	4, 12, 13, 14, 18
中心區	7, 8, 15, 16

業務希望能夠把一個地區的所有資料組織到一起來搜尋，這種場景List拆分可以輕鬆搞定

3.Hash拆分

通過對sharding key 進行雜湊的方式來進行拆分，常用的雜湊方法有除餘,字串雜湊等等，除餘如按userid%n 的值來決定資料讀寫哪個cluster，其他雜湊類演算法這裡就不細展開講了。

資料拆分後引入的問題：

資料水平拆分引入的問題主要是隻能通過sharding key來讀寫操作，例如以userid為sharding key的切分例子，讀userid的詳細資訊時，一定需要先知道userid,這樣才能推算出再哪個cluster進而進行查詢，假設我需要按username進行檢索使用者資訊，需要引入額外的反向索引機制（類似HBASE二級索引），如在redis上儲存username->userid的對映，以username查詢的例子變成了先通過查詢username->userid，再通過userid查詢相應的資訊。

實際上這個做法很簡單，但是我們不要忽略了一個額外的隱患，那就是資料不一致的隱患。儲存在redis裡的username->userid和儲存在mysql裡的userid->username必須需要是一致的，這個保證起來很多時候是一件比較困難的事情，舉個例子來說，對於修改使用者名稱這個場景，你需要同時修改redis和mysql,這兩個東西是很難做到事務保證的,如mysql操作成功 但是redis卻操作失敗了（分散式事務引入成本較高）,對於網際網路應用來說，可用性是最重要的，一致性是其次，所以能夠容忍小量的不一致出現. 畢竟從佔比來說，這類的不一致的比例可以微乎其微到忽略不計（一般寫更新也會採用mq來保證直到成功為止才停止重試操作）

在這樣的架構下，我們來看看資料儲存的瓶頸是什麼？

在這個拆分理念上搭建起來的架構，理論上不存在瓶頸（sharding key能確保各cluster流量相對均衡的前提下),不過確有一件噁心的事情，那就是cluster擴容的時候重做資料的成本，如我原來有3個cluster，但是現在我的資料增長比較快，我需要6個cluster，那麼我們需要將每個cluster 一拆為二，一般的做法是

• 1.摘下一個slave,停同步,
• 2.對寫記錄增量log（實現上可以業務方對寫操作 多一次寫持久化mq  或者mysql主建立trigger記錄寫 等等方式）
• 3.開始對靜態slave做資料, 一拆為二
• 4.回放增量寫入,直到追上的所有增量,與原cluster基本保持同步
• 5.寫入切換，由原3 cluster 切換為6cluster 

有沒有類似飛機空中加油的感覺，這是一個髒活，累活，容易出問題的活，為了避免這個，我們一般在最開始的時候，設計足夠多的sharding cluster來防止可能的cluster擴容這件事情

MySQL的雲端計算架構（雲資料庫）V5.0

雲端計算現在是各大IT公司內部作為節約成本的一個突破口，對於資料儲存的mysql來說，如何讓其成為一個saas（Software as a Service）是關鍵點。在MS的官方文件中，把構建一個足夠成熟的SAAS(MS簡單列出了SAAS應用的4級成熟度)所面臨的3個主要挑戰：可配置性，可擴充套件性，多使用者儲存結構設計稱為”three headed monster”. 可配置性和多使用者儲存結構設計在Mysql saas這個問題中並不是特別難辦的一件事情，所以這裡重點說一下可擴充套件性。

Mysql作為一個saas服務，在架構演變為V4.0之後，依賴良好的sharding key設計, 已經不再存在擴充套件性問題，只是他在面對擴容縮容時，有一些髒活需要幹，而作為saas,並不能避免擴容縮容這個問題，所以只要能把V4.0的髒活變成

1. 擴容縮容對前端APP透明(業務程式碼不需要任何改動)  
2.擴容縮容全自動化且對線上服務無影響 

對於架構實現的關鍵點，需要滿足對業務透明，擴容縮容對業務不需要任何改動，那麼就必須eat our own dog food，在你mysql saas內部解決這個問題，一般的做法是我們需要引入一個Proxy,Proxy來解析sql協議，按sharding key 來尋找cluster, 判斷是讀操作還是寫操作來請求主 或者 從，這一切內部的細節都由proxy來遮蔽。 這裡借淘寶的圖來列舉一下proxy需要幹哪些事情

對於架構實現的關鍵點，擴容縮容全自動化且對線上服務無影響； 擴容縮容對應到的資料操作即為資料拆分和資料合併，要做到完全自動化有非常多不同的實現方式，總體思路和V4.0介紹的瓶頸部分有關，目前來看這個問題比較好的方案就是實現一個偽裝slave的sync slave, 解析mysql同步協議，然後實現資料拆分邏輯，把全量資料進行拆分。具體架構見下圖：

其中Sync slave對於Original Master來說，和一個普通的Mysql Slave沒有任何區別，也不需要任何額外的區分對待。需要擴容/縮容時，掛上一個Sync slave,開始全量同步+增量同步，等待一段時間追資料。以擴容為例，若擴容後的服務和擴容前資料已經基本同步了，這時候如何做到切換對業務無影響？ 其實關鍵點還是在引入的proxy,這個問題轉換為了如何讓proxy做熱切換後端的問題。這已經變成一個非常好處理的問題了.

另外值得關注的是：2014年5月28日——為了滿足當下對Web及雲應用需求，甲骨文宣佈推出MySQL Fabric，在對應的資料部分我也放了很多Fabric的資料，有興趣的可以看看，說不定會是以後的一個解決雲資料庫擴容縮容的手段

MySQL架構參考資料

百度Dbproxy設計：http://tech.it168.com/a2012/0413/1337/000001337034.shtml
淘寶RDS 雲資料庫設計： http://blog.csdn.net/ywh147/article/details/8954625
http://www.infoq.com/cn/news/2012/10/taobao-ump
Mysql  Fabric
http://mysqlmusings.blogspot.jp/2013/09/brief-introduction-to-mysql-fabric.html
http://vnwrites.blogspot.jp/2013/09/mysqlfabric-sharding-introduction.html
http://vnwrites.blogspot.in/2013/09/mysqlfabric-sharding-example.html
http://vnwrites.blogspot.in/2013/09/mysqlfabric-sharding-migration.html
http://vnwrites.blogspot.jp/2013/09/mysqlfabric-sharding-maintenance.html
本文參考：http://www.cnblogs.com/Creator/p/3776110.html