隨著資料成為第五大生產要素，新興軟硬體技術快速發展，各行各業的資料呈指數式增長，傳統集中式資料庫面對海量資料儲存、高併發等場景的侷限性愈發凸顯。分散式資料庫憑藉高可用、高可擴充套件性、高價效比等優勢，已經被對資料庫要求最嚴苛的金融行業所認可，並逐漸被應用在更廣闊的領域。

近日，國家工業資訊保安發展研究中心、中國電子學會、北京國家金融科技認證中心等共同編制的《分散式資料庫發展趨勢研究報告》（以下簡稱“報告”）釋出。**該報告由“分散式資料庫的定義及分類”、“分散式資料庫發展現狀”、“分散式資料庫發展面臨的機遇和挑戰”、“分散式資料庫的發展趨勢”、“分散式資料庫的發展建議”組成。**

其中，“分散式資料庫的發展趨勢”綜合梳理了我國分散式資料庫技術路線和產業現狀，結合各參編單位以及產學研專家全方位、多維度的分析，共指出九大趨勢，對行業發展頗具前瞻性指導意義。不僅是為分散式資料庫廠商指明未來的發展方向，亦是為企業選型資料庫提供標準參考。

## 分散式資料庫走向原生設計

隨著資料處理規模指數級增長，眾多系統面臨著效能和成本的雙重壓力。為應對新的業務需要，資料庫領域亟需革命性產品開啟未來。**分散式資料庫的核心理念是讓多臺伺服器協同作業，完成單臺伺服器無法處理的任務，尤其是高併發或者大資料量的任務。**

而原生分散式高可用設計能夠在普通伺服器上實現無限水平擴充套件，透過新增低成本伺服器即可擴充套件算力，提升資料庫叢集的整體效能。所有節點均支援讀寫，對外提供統一的資料庫服務，支援全域性索引、全域性一致性事務。特別是對客戶來說，用法與傳統集中式資料庫沒有區別，從而省去了定製改造的步驟，減少大量人工成本。

除此之外，**在高可用方面，容災能力是關鍵業務系統的重要衡量指標。** 原生分散式在設計之初就假定硬體是不可靠的，它可以支援多個資料副本分散儲存在不同地域，實現跨機架、跨資料中心、跨地域的容災部署，能夠最大程度提高業務系統的容災能力。在強一致事務的保護下，變更操作在多個地域保證成功提交，因此當災難發生時，資料不會丟失，達到高階別的容災標準。

原生分散式架構是一個全新的設計，具備叢集的擴充套件和收縮對應用透明，並可以按需擴充套件，沒有數量和規模限制；原生的多副本機制支援跨地域的訪問和容災；多活架構，硬體利用率高等優勢。可以預見的是，未來更多的產品會走向原生分散式的技術路線，原生分散式資料庫也將迎來更好的發展機遇。

## 分散式資料庫架構的設計走向一體化

目前國內資料庫主要分為存量替換和增量市場兩個部分。**其中，增量市場主要以開源語法相容為主，絕大部分業務邏輯在應用中實現，對資料庫能力要求相對較低，很多開源產品也能滿足。** 而對廠商來說，增量市場研發投入相對較少，因此大部分新興分散式資料庫廠商都在追逐這個市場。而存量替換則是多數國內企業真正遇到的難題，絕大部分企業的核心業務系統執行在功能強大的集中式商業資料庫上，目前面臨著原有資料庫系統無法升級的困境，存在 License 過期的風險，而業務系統重構又存在成本高、風險大的問題。

**商業資料庫功能靈活、語法支援多等對分散式資料庫的相容能力設計提出極大的挑戰。** 廠商要用一體化設計的思路，將傳統商業資料庫的強大的單機能力與分散式融合，將多種負載能力在一套資料庫上融合，甚至將多種相容能力體現在同一套資料庫中，這些是國內各重點行業的企業迫切需要的，能夠為企業節省大量的遷移適配成本。

此外，未來分散式資料庫應提供資料遷移過程的全生命週期管理，在管控介面上完成資料遷移的建立、配置和監控，互動簡便。同時提供多種方式的資料校檢和保護，全面高效的保證資料正確性，展示差異資料，提供快速修復能力。因此，未來分散式資料庫產品將具備全方位、高標準、高可靠性的平滑遷移能力。

## 分散式資料庫的能力將向混合負載發展

企業級應用的業務場景通常可以分為聯機交易和實時分析兩種，通常稱為 OLTP 和 OLAP 的業務應用，由於是不同的應用場景，大型企業往往會選擇多款資料庫產品分別支援。這種組合式的解決方案要求資料在不同產品間進行流轉，資料的同步過程就帶來了時間延遲和資料不一致的風險，而且還會產生冗餘資料，成本開銷被迫提高，這在一定程度上限制了企業的發展。

HTAP（混合事務/分析處理），是近年來提出的一種新興的應用框架，旨在打破事務處理和分析之間“壁壘”。未來分散式資料庫應具備混合負載能力，即在支援高併發、事務性請求的同時，也對分析型的複雜查詢提供了良好的支援，實現計算、I/O 資源互不干擾的 OLTP/OLAP 混合負載管理，提供高效能並行執行計算，充分釋放資源，進一步提升系統穩定性。並且可以靈活配置兩種負載的資源佔比，使得線上交易和分析互不影響，一站式地解決企業級應用的各種需求，從而大幅度降低成本，同時提高了企業決策的效率。

**HTAP 能力能夠幫助企業提高諸多特定場景的分析決策的實時性，比如：金融防欺詐、證券交易決策、信用風險評級等。** 一個對資料多種查詢和計算的 HTAP 系統於使用者而言更加友好，價效比更高，省去了資料抽取轉化載入的過程並保證了查詢結果的實時性，將成為更多使用者的選擇。

## 分散式資料庫的場景將向雲化發展

全球知名諮詢公司 Gartner 指出，“到 2022 年，75% 的資料庫將被部署或遷移到雲平臺，只有 5% 的資料庫會考慮本地部署。”雲化無疑代表了未來，當前，雲已經成為中小型企業和網際網路公司進行數字化轉型的首選IT架構，在傳統行業，雲的使用度也在逐步攀升。

在此趨勢下，資料庫也加速了與雲環境融合。分散式資料庫可以將傳統部署和公有云資源有機結合，有效解決私有部署靈活度低，成本過高的問題。**多雲支援具備快速部署、快速銷燬、前期投入低等特點。利用公有云資源能夠低成本實現容災和算力擴充套件。** 另外，部署靈活特性意味著不被特定硬體和服務繫結，能夠做到機房部署，任意公有云部署，甚至叢集內跨多基礎設施的混合雲，多雲部署。

因此，在資料庫產品設計層面要充分適配雲環境、相容更多雲技術，從而新增更多資源管控、靈活購買、多部署形態等雲化方面的能力。面對未來越來越多的使用者選擇業務上雲，企業如何在雲原生架構下使用資料庫以及提升自己跨雲資料管理的能力，就成為必須要思考的問題。

## 分散式資料庫的高可用能力不斷在提升

提高分散式資料庫的可用性包括了容災能力建設及可靠性建設。在容災方面，傳統的高可用容災方案依賴作業系統、儲存、資料庫等多元件整合分級實現，與業務自身應用配合度低，容災切換要求高、難度大，風險難以估計，亟需變革升級。在可靠性方面，由於各行業迅猛發展和資訊量爆發式增長的現狀對資料庫的高可用能力要求更高，7×24 小時的服務不中斷和資料零丟失往往超出了傳統資料庫可以承受的能力，同時應對的成本也十分高昂。因此，未來分散式資料庫應採取更好的方案來提升其高可用能力。

## 分散式資料庫對資料一致性的支援將日臻完善

研究表明，在可靠資料庫管理系統中，事務應該具有四個特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、永續性（Durability）。以往在處理單一事務時，事務的原子性和永續性可以確保在一個事務內，操作多條資料要麼都成功，要麼都失敗。這樣在一個系統內部，可以使用資料庫事務來保證資料一致性。但是在微服務日益廣泛的今天，一項操作會涉及到跨多個系統、多個資料庫的時候，用單一的資料庫事務就沒辦法解決了。

並且，資料一致性不僅指在事務發生時的資料一致性，還需要考慮到主備副本之間、叢集之間的資料一致性，以及是否有類似區塊鏈似的校驗，具備防篡改的能力和應對磁碟靜默錯誤的能力。目前，從資料庫行業看，不論是 Oracle、MySQL 還是其他大多數資料庫都沒有校驗主備副本之間的資料一致性。**傳統資料庫技術面臨巨大挑戰，無法有效保障資料一致性。**

因而，在資料服務場景越發多樣化的趨勢下，對分散式資料庫所具備的資料一致性級別要求將會越來越高。當前支援跨區域的資料一致性只是基本，隨著微服務的廣泛應用，還需要分散式資料庫能夠支援跨叢集、跨表分割槽、跨資料塊的資料一致性。

## 分散式資料庫的生態建設亟需推動

資料庫作為基礎軟體，需要與整個上下游軟硬體廠商適配，需要很好的產業建設和人才培養，才能為使用者提供更完整、更便利的服務。分散式資料庫作為資料庫產業的下一步發展趨勢，要積極推動生態建設，與國產晶片廠商、硬體廠商、作業系統廠商、中介軟體廠商等相互認證，與上游 ISV 共建行業解決方案，為使用者提供一整套的產品服務體系。先行的分散式資料庫廠商要積極參與國家行業標準制定，推動整個行業發展。另一方面，要積極參與制定人才培養體系，與高校深入合作，為國家培養更多的基礎軟體人才，助力行業基業長青。

而分散式資料庫生態建設的核心，便是開源的思想。開源是做基礎軟體的必經之路，也是社會組織分工的一種新形式和新趨勢，開源社群本身就是基礎軟體商業化當中重要的一環。**分散式資料庫之所以需要開源，是因為需要更多人去理解和使用，使用和為其貢獻程式碼的人越多，才能越有助於構建出一個完整和健康的生態。**

因此，開源生態建設既是企業商業佈局的利器，也是促進技術發展和推廣的重要手段。當更多的分散式資料庫廠商透過開源方式將技術共享給開發者、社群、合作伙伴進而推進共建生態環境時，分散式資料庫將會步入快速高品質迭代的大道，提升產品質量，擴大品牌力，吸引更多、更廣的使用者群體，為分散式資料庫的推廣與發展，起到跨越式的推動作用。

## 分散式資料庫需要支援異構晶片的混合部署

異構計算時代已經到來。所謂異構，即將 CPU、DSP、GPU、ASIC、FPGA 等不同製程架構、不同指令集、不同功能的計算單元，組合起來形成一個混合的計算系統。所謂異構晶片的混合部署，就是在允許異構核心以分離模式執行的同時，整合核心的共享叢集邏輯以鎖定模式執行。這就在不同的層級上既提供了鎖定模式的安全機制，又提供了分離模式的效能。

未來，資料庫要為作業系統、晶片的灰度替換提供支援，而在關鍵行業及軟體領域，資料庫還需要提供對異構晶片的支援，從而提升數字化解決方案的嚴謹性，降低應用風險，分散式資料庫也不例外。而對於企業，從成本角度上看，如 A 晶片漲價，企業可選擇採購 B 晶片，提升採購自由度的同時，可降低晶片成本；從安全層面上看，如果 A 晶片爆出安全漏洞，企業可隨時替換 B 晶片，尤其在核心繫統，可以選擇安全性更高的晶片，從而保障業務的連續性。

## 分散式資料庫應支援資料透明加密

2021 年 11 月 1 日《中華人民共和國個人資訊保護法》正式施行之後，監管部門已在金融等行業中推廣資料加密，要求敏感資料採用加密的方式進行儲存。而資料庫、儲存產品等作為資料的承載媒介，有義務為此提供堅實的資料安全保障。

目前，敏感資料加密業界普遍的做法是透過程式碼直接呼叫加密機進行加密，這在實際的應用中帶來了負擔，因為每次應用程式碼的迭代都要考慮是否完成了對敏感資料的加密。同時，應用開發人員需要與安全、審計人員協作完成這塊工作，一旦出現遺漏，就易造成資訊的洩露。

因而在分散式資料庫的發展中，亟需實現更加簡易的資料加密機制，而資料透明加密的出現不失為一種有益思路。其透過資料庫層配置即可完成，開發人員無需修改程式碼，因而能夠使應用完全無感。目前，資料透明加密的實現在透明傳輸加密及透明儲存加密兩個層面都取得了突破。

具體而言，透明傳輸加密使得即使網路包被複製走以後，網路包中傳輸的資料也無法解密，其需要實現 SQL 代理到資料庫伺服器之間的通訊加密。而透明儲存加密使得即使資料庫的檔案被複製拿走，也無法解密其中的資料。**透明儲存加密採用兩級金鑰管理，第一級金鑰為根金鑰，在國家認證的加密機裡，而第二級金鑰即資料金鑰的密文需在分散式資料庫的內部表裡管理。**

## 寫在最後

針對當下分散式資料庫發展現狀，報告還從技術、生態、測評體系及國家政策的角度對分散式資料庫提出了幾大建議：

**在核心技術研發上，** 充分調動產學研用多方力量，協同攻關，解決技術瓶頸問題，持續加強關鍵核心技術突破，建立面向我國分散式資料庫自主技術路線的標準體系。

**在打造自主技術體系生態方面，** 我國正在構建以內迴圈為主，國內國際雙迴圈相互促進的新格局。我們應當抓住這次以外力促進提升內功的機會，轉變思維，從“模仿跟隨”走向“創新創造”。

**在建立專有測評體系上，** 從單一評價轉向綜合評估，以效能評價轉向多維度能力評估體系。既包括資料庫的效能指標，同時也包括資料庫與應用系統的適配能力評價，資料庫的安全性等。要加大國內外開源發展趨勢研究，探索建立我國自主開源社群和開源治理模式。

**在政策與頂層設計引導上，** 建議加強適當的政策引導，充分利用好資料庫以及基礎軟體領域的創新中心、適配基地及重點實驗室等機構，加強供需雙方的產用協同，形成良性的問題反饋機制，共同解決一些共性的技術和產品問題，逐步打磨優秀的分散式資料庫產品。

**最後，在開源生態建設方面，** 圍繞開源社群去做增值工具元件或者增值服務，是其圍繞開源社群的一種商業模式。與國內外開源組織建立良好合作，有序推動專案、開發者、社群聯動，提高開源組織影響力。

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