云原生数据库如何打造业务弹性

摘要： 云计算带来了业务弹性上的极大优点，阿里云数据库高级产品专家时慢从应用架构的变迁，客户实战案例，业务分析等方面详细介绍POLARDB，及如何利用POLARDB设计互联网创新型应用的数据库架构。

云计算带来了业务弹性上的极大优点，阿里云数据库高级产品专家时慢从应用架构的变迁，客户实战案例，业务分析等方面详细介绍POLARDB，及如何利用POLARDB设计互联网创新型应用的数据库架构。

应用架构的变迁——为何咱们须要超级MySQL？
POLARDB跟MySQL是100%兼容的，有超越MySQL不少倍的性能，以及单实例最大100TB的超大存储空间，能够理解为阿里自研的超级MySQL。那么咱们为何要打造这样一款超级MySQL呢？咱们理解这是应用架构进行互联网分布式变迁的必然结果。首先咱们须要回顾一下应用架构的变迁的历史，从最先的CS架构到BS架构，从J2EE到Spring/Struts/Hibernate，再到如今的微服务架构，经历了不少代的架构转型。从传统应用的业务架构到互联网分布式的应用架构，在方方面面都发生了变化。从资源层，到数据层，中间件，应用的发布封装以及应用的框架，开发运维的角度都在发生了互联网分布式变迁。

资源层：传统应用会使用X86 ，小机以及存储设备；互联网分布式应用在使用公有云，私有云，混合云等。
数据层：传统应用会使用Oracle，DB2等集中化的商业数据库，互联网应用使用的是MySQL，Redis，HBase这样的分布式数据库，他们不须要集中化的存储设备。
中间件：传统应用会使用WebLogic，WebSphere等，互联网应用在向微服务架构转型中一般会使用Swarm，K8S，Mesos。
应用发布封装：传统应用会使用JAVA开发并发布成war/ear文件封装，再发布到中间件。微服务架构一般会将应用发布成容器的镜像。
应用框架：传统应用一般会使用Spring，Struts，hibernate来开发，而目前互联网分布式应用更多使用的是SpringCloud, Double, EDAS等微服务架构。
开发运维：传统应用会使用可控的发布，保守的运维，新功能上线须要数周，甚至数月时间；互联网分布式架构更多使用的是DevOps持续集成，敏捷快速迭代。
咱们理解，互联网分布式应用发生这些架构的改变，目标都是使业务更加敏捷，更加具备弹性，能承载来自互联网的高并发压力。在创新架构下，业务应用能够经过微服务的方式随时进行横向扩展，但压力并不会被处理掉，负载会直接透传到数据层面，解决了应用弹性的问题，反而对数据库产生了更大的挑战。互联网的分布式架构要求数据库更加敏捷，拥有更好的弹性以及更低的成本。（传统应用中，一个应用可能只须要一个数据库做承载，但在互联网分布式应用下，进行了微服务改造以后，一个业务系统可能就须要数十个甚至上百个数据库去承载，所以对成本也提出了要求。）

实战——阿里云数据库为业务架构变迁作好准备
目前，阿里云的数据库形态已经覆盖了互联网中99%的业务场景。关系型数据库包括有MySQL，SQL Server，PG，POLARDB。NoSQL产品家族包括Redis，MongoDB，HBase等。同时具有混合分析型的数据仓库，分布式数据库DRDS，以及数据库服务于工具（DTS，DBS，CloudDBA，DMS等）。

演进路线
阿里云上提供了这么多的数据库产品，在实际应用中该如何进行选择呢？咱们已经为业务的快速发展和更新迭代作好了准备。这是咱们建议的应用架构的演进路线：在业务的初期，建议选择MySQL来快速构建业务应用。当成长起来以后，独立MySQL没法承载更大业务压力的时候，能够基于MySQL作读写分离，不须要对应用作任何改造。咱们进入快速成长期，读写分离也没法承载业务需求时，能够无缝迁移到POLARDB，迁移中不须要对业务系统作任何的更改，并且POLARDB的读写分离经过共享存储消除了复制延迟，更适合对数据一致性有更高要求的场景。当业务进一步发展壮大期间，还能够在POLARDB上作垂直拆分。垂直拆分是指将业务模块垂直拆分到不一样数据库实例，分到多个独立数据库中去，好比分红用户库，订单库，仓储库等，从而用更多的独立数据库联合来应对业务负载的压力。当业务发展到象淘宝这么大的规模和体量，就须要采用DRDS进行分布式改造、跨机房多活，以及根据业务拆分作单元化改造，这正是阿里淘系应用已经走过并行之有效的演进道路。

应用链路的优化——自动读写分离，短链接优化
咱们使用数据库代理来进行链路访问层的优化。访问数据库的标准模式是直接访问主实例和只读实例。在这种模式下须要在业务层面作读写分离的逻辑拆分。咱们提供了代理模式，让业务层和数据库层彻底解耦。在访问数据库时，不须要直接链接数据库实例，而是链接对业务彻底透明的Proxy，它接收到SQL请求后会自动化作读写分离，把全部写操做路由到主实例，并把读操做负载均衡的路由到只读实例上，从而实现对业务透明的自动化读写分离。代理模式除了实现读写分离外，还能够进行故障数据库的透明切换。不管是标准模式仍是代理模式，当主实例发生故障后，均可以自动切换到备份的实例上，保证数据库的可用性。但在标准模式中，切换后业务须要进行数据库重连，但经过Proxy，业务应用不须要重连，感觉不到高可用切换。同时，代理模式还提供了短链接优化。举例来讲，若是业务是使用PHP开发，它链接数据库就是采用短连接的方式，在访问数据库时每次链接都会产生connection，使得数据库在处理链接池上不堪重负。Proxy能够将短连接转化成长连接，并自主维护链接池。同时，代理模式还提供了防暴力破解的功能。好比Proxy能够检测到某个IP不停的尝试重输密码，并主动进行屏蔽。

实时分析数据仓库——POLARMPP，POLARDB最佳搭档
数据的处理能够分红数据库生态和大数据生态。数据库生态适合于处理交易订单等数据一致性要求强的场景，但在处理能力和处理量级上不会特别大。好比订单量在1TB、2TB级别时，还可使用，但数量一旦增加到3TB~5TB时，单库的性能就会出现很是大的瓶颈，此时复杂的分析查询就会使得数据库不堪重负。一般的作法是采用大数据生态，经过ETL或数据复制的方式把在线事务处理产生的数据复制到Hadoop生态中进行数据实时分析。在Hadoop 生态中，标准方式是利用MapReduce或Spark来作数据分析，但开发人员并不习惯MR或Spark，也不喜欢使用Scala语言，他们仍是习惯于使用SQL。因此在这种模式下，常常还要给开发人员准备Hive、Impla等类SQL组件，让研发人员仍然可使用SQL来处理数据。这种方式存在的问题，在于在线事务处理和离线数据仓库之间有延迟，少则几秒，多则几分钟甚至几小时。而且数据实际上存了两份，并不经济。

针对这种状况，咱们提供了POLAR MPP和HybridDB来解决，它能够很好的处理数据的写入，提供百万级的TPS，很是适合用于存储用户的行为、标签、Log日志等。这种模式能够对百亿级的大表作出毫秒级的响应，对多表关联作复杂的聚合，作多值的子列，全文检索。最重要的是，它能够和POLARDB共用一份数据，极大的缓解了数据库生态和大数据生态中须要存储两份数据，而且读写存在延迟的问题。

业务场景分析——互联网创新型应用场景实践
有了云原生数据库做为武器，互联网创新型的业务场景应该如何设计呢？在讲到创新型业务前，先看一下传统的采用MySQL一主N从的架构，如何构建数据仓库驱动BI报表实现商务智能。这种架构的问题是须要存储N份数据，作数据的同步复制。MySQL 的主从之间要进行数据复制，从业务库到分析库也要进行数据复制。

那么采用云原生POLARDB的系统架构应该如何设计呢？这之间，POLARDB和只读分析库构成了云原生的数据集群，由POLAR Store统一进行数据的共享存储。业务应用会把在线的业务写到POLARDB中，当POLARDB一主一从的模式不足以应对时，能够快速进行扩展，扩展成一主两从甚至N从。这种扩展区别于MySQL，他提供了敏捷性和业务弹性。若是数据量比较大，MySQL只读库的生成可能就须要数个小时的时间。而无论数据量多大，在POLARDB生态下建立一个只读库只须要分钟级的时间。而且只须要一份数据就能够经过POLARMPP来驱动业务报表。

云原生架构带来以下的业务收益：

1. 业务兼容，不改应用：只要是利用MySQL开发的业务系统，能够1. 无缝迁移到POLARDB上。
2. 读写分离：经过POLARDB，一份数据便可实现多个节点的读写分离，而且支持分钟级的扩展。若是用MySQL 实现读写分离，须要经过数据复制生成多个只读库，浪费时间，浪费空间。
3. 实时分析，数据共享：在数据仓库和BI分析业务中，也只须要一份数据，不须要进行数据复制。
4. 只读实例共享一份数据：因为存储只须要一份，带来了更好的性价比，以一主五从的架构为例，POLARDB的价格要比MySQL低44%。它在提供更强大的性能的基础上，提供了更高的性价比。
5. 毫秒级的延迟：因为主库和从库共享一份数据，所以中间只存在毫秒级的延迟。当主节点发生故障时，能够保证切换中的零数据丢失。
6. Session级读写分离的数据一致性：在金融等一致性要求高的业务场景下，对读一致性的要求很是高，很难容忍秒级甚至毫秒级的数据延迟。利用POLARDB能够实现session内的数据一致性读。
7. 按需付费，秒级备份：在使用MySQL的时候，若是预计要使用500GB的容量，咱们须要买500G的存储空间，但实际上数据可能只占了不到100GB，但仍是须要为500GB的预留容量买单。但POLARDB不须要作空间预留，存储按需付费。同时，POLARDB经过数据快照能够在秒级实现备份和恢复，更利于咱们作数据库安全运维，带来更多价值。