基于MySQL的高可用可擴展架構(gòu)該如何探討

基于MySQL的高可用可擴展架構(gòu)該如何探討，相信很多沒有經(jīng)驗的人對此束手無策，為此本文總結(jié)了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

隨著信息量飛漲，信息的存儲成為了這個時代至關(guān)重要的一項技術(shù)。如何來保證數(shù)據(jù)存儲技術(shù)能夠適應(yīng)信息量的增長速度和我們對信息的高度依賴，成為一個非常重要的課題。本文將從數(shù)據(jù)庫架構(gòu)的層面，通過以開源的數(shù)據(jù)存儲軟件來構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)層的思路，期望實現(xiàn)一個低成本的高可用可擴展的數(shù)據(jù)層架構(gòu)。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

縱觀各傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件，多以集中式架構(gòu)為主，鮮有以分布式為設(shè)計理念的架構(gòu)。這些傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件的最大特點就是將所有的數(shù)據(jù)都集中在一個數(shù)據(jù)庫中，依靠大型高端設(shè)備來提供高處理能力和擴展性。

集中式數(shù)據(jù)庫架構(gòu)在擴展性方面主要依賴于主機和存放數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備的擴展能力，也就是說依賴硬件本身的縱向擴展能力，很難做到較好的橫向擴展。而其可靠性也同樣是以硬件設(shè)備為依托，主要通過Share Storage的方式來實現(xiàn)。如大家所熟知的傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫代表廠商Oracle的RAC，就是一個非常典型的Share Everything 的集中式架構(gòu)。

我們可以通過圖1來簡單地描繪一下傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的典型架構(gòu)：傳統(tǒng)架構(gòu)在主機端大多通過兩臺主機共享存儲設(shè)備，平時其中一臺主機使用存儲通過數(shù)據(jù)庫軟件來管理。這樣的架構(gòu)只能有一臺主機（RAC除外）上的數(shù)據(jù)庫能夠提供服務(wù)，另一臺主機只能是作為熱備冗余，不能啟動數(shù)據(jù)庫實例提供服務(wù)。所以，其處理能力就完全取決于這臺主機的最大擴展能力，很難通過增加主機數(shù)量來增加處理能力。而單臺主機的擴展能力畢竟是有限的，即使是某些廠商的大型機，同樣也有其擴展限制。此外，傳統(tǒng)架構(gòu)對高端設(shè)備的依賴，無疑將直接導(dǎo)致系統(tǒng)成本的大幅度增加，甚至可能會導(dǎo)致系統(tǒng)被主機和硬件廠商所“綁架”，不得不持續(xù)增加投入成本。

基于MySQL的可擴展和高可靠

MySQL作為開源數(shù)據(jù)庫的佼佼者，無論是軟件本身的設(shè)計思想，還是推崇給廣大使用者們常用的架構(gòu)思路都和傳統(tǒng)的商業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件大相徑庭。MySQL棄用了傳統(tǒng)的Share-Everything的思想，而采用了Share-Nothing的思想。MySQL的Replication實現(xiàn)機制，以及MySQL Cluster的架構(gòu)設(shè)計，都體現(xiàn)了這一思想。也正因如此，給MySQL在可擴展性和高可靠性方面帶來了非常靈活的架構(gòu)設(shè)計思路，也讓我們的數(shù)據(jù)庫可以擺脫對高端設(shè)備的依賴，使用上性價比高很多的PC Server。

可擴展性

在提升擴展性方面，最為常用的是通過MySQL自身的Replication功能，將同一份MySQL的數(shù)據(jù)以異步的方式同時復(fù)制到另外的一臺或多臺MySQL主機上，并讓這些MySQL主機同時對外提供查詢服務(wù)。每增加一個復(fù)制的節(jié)點，查詢處理能力也得到相應(yīng)的增加，新增節(jié)點的處理能力就是整個系統(tǒng)增加的處理能力。由于MySQL Replication主要是邏輯方式，同一個集群中可有多家廠商的硬件，也可以使用不同的OS，所以可以做到完全不受任何軟/硬件平臺限制，擺脫對單一平臺的依賴。

人們可能會對MySQL Replication的功能特性不滿意，進而通過第三方開源軟件，甚至是通過解析其開源的通信協(xié)議自行開發(fā)出來的復(fù)制軟件來進行數(shù)據(jù)實時（或者異步）復(fù)制來達到 Replication完全相同甚至更好的效果。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫可能也具有某項功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的復(fù)制，但與MySQL相比，由于只依靠數(shù)據(jù)庫本身特性來完成，在架構(gòu)的靈活性和可控性方面存在一些不足。

最后，在提升擴展性方面不得不說的數(shù)據(jù)切分（橫向/縱向）的思想，同樣可以在MySQL數(shù)據(jù)庫上得到靈活的發(fā)揮，無論是以功能模塊的方式進行縱向的切分，還是以某個特定鍵（字段）的類HASH分段的方式進行橫向的切分，抑或是通過數(shù)據(jù)庫本身的Partition功能進行切分，都可以在MySQL上得到很好的實現(xiàn)。當(dāng)然，無論是切分前的數(shù)據(jù)分散，還是切分后的數(shù)據(jù)路由和合并都離不開應(yīng)用層的協(xié)作與配合，除非通過MySQL Cluster來實現(xiàn)。對于提升擴展性的架構(gòu)，通過圖2會有一個更為直觀的展現(xiàn)。

以“Master”為核心，通過不同的方式以三條“路線”將數(shù)據(jù)復(fù)制到相應(yīng)的 MySQL 集群中對外提供服務(wù)。實際的架構(gòu)中，Master就是一個數(shù)據(jù)寫入點，復(fù)制出去的集群則可以對外提供相應(yīng)的查詢請求。常見的Web應(yīng)用系統(tǒng)中，查詢請求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寫入請求，所以非常適合通過MySQL 數(shù)據(jù)庫使用類似的架構(gòu)思想來解決實際的擴展性問題。

高可靠性

在保證高可靠性方面，同樣可以通過MySQL的 Replication 為基礎(chǔ)，加以應(yīng)用層架構(gòu)的簡單配合或一些開源的第三方HA管理軟件來設(shè)計出多種非常靈活的高可靠架構(gòu)。

對于數(shù)據(jù)寫入點，可以通過MySQL的Replication功能，將兩臺MySQL主機設(shè)置成雙A的狀態(tài)，并通過HA管理軟件，對MySQL的狀態(tài)檢測，來判定MySQL的狀態(tài)，并對外提供供單一的服務(wù) IP 地址，以確保在任何時候有一臺MySQL崩潰后馬上切換到另外一臺MySQL上提供服務(wù)。這樣自動的方式非常方便地讓我們的寫入點擁有高可靠性。如果我們的應(yīng)用程序也可以自動判斷當(dāng)一個點失效后馬上自動切換到另外一個點就更好，基本上可以做到對外部完全透明的切換，對可用性的影響之小，比現(xiàn)在一些知名廠商的專業(yè)HA管理都要好很多。

對于數(shù)據(jù)查詢點，高可靠性的實現(xiàn)就更容易了，可從雙A的兩臺Master端中的任意一臺上通過數(shù)據(jù)復(fù)制搭建多個具有完全相同數(shù)據(jù)拷貝的MySQL節(jié)點，來保證任何時刻都可以有多臺MySQL對外提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。當(dāng)一臺MySQL崩潰，系統(tǒng)馬上將該節(jié)點從可以服務(wù)的節(jié)點中剔除出去。通過應(yīng)用架構(gòu)的幫助這是非常容易做到的事情。

圖3是高可靠性實例圖。1描繪了基本架構(gòu)，2、3和4分別描繪了當(dāng)讀節(jié)點失效以及寫節(jié)點中的任何一個失效后的高可靠性實現(xiàn)。在高可靠性方面，除了自行控制將數(shù)據(jù)復(fù)制到多個MySQL主機上的方式之外，MySQL還提供了更為高級的方案——MySQL Cluster，一個完全的分布式數(shù)據(jù)庫集群，而且是一個非常典型的Share-Nothing的分布式數(shù)據(jù)庫架構(gòu)。數(shù)據(jù)層和SQL層分離，每份數(shù)據(jù)都以兩份或更多份拷貝存放在不同的數(shù)據(jù)節(jié)點上，整個數(shù)據(jù)層的所有節(jié)點以分布式計算的思想共同處理整個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，在保證高并發(fā)的處理能力的同時，以數(shù)據(jù)冗余的方式保證了高可靠性。

構(gòu)建基于MySQL、Cache 和Search的數(shù)據(jù)層

隨著Web應(yīng)用系統(tǒng)負(fù)載的增速越來越快，常讓系統(tǒng)不堪重壓，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)尤甚。而隨著對用戶體驗關(guān)注度的提高，響應(yīng)速度和使用的便利性則成為不可避免的話題。無論如何優(yōu)化都不可能避免磁盤物理I/O的響應(yīng)速度與內(nèi)存中的I/O速度不匹配的問題，所以很自然地想到了通過內(nèi)存Cache的方式來提高響應(yīng)速度。

在使用的便利性方面最為典型的就是數(shù)據(jù)搜索。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的特性，決定了它很難提供類似于Google那樣的可以全文檢索的搜索系統(tǒng)。我們再次以借助“外力”的方式來完善服務(wù)，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過利用Lucene或者Egothor等類似的搜索引擎系統(tǒng)，或者是利用Sphinx之類的軟件和數(shù)據(jù)庫集成，為數(shù)據(jù)庫增加全文檢索的能力。

可以設(shè)計出一個以數(shù)據(jù)庫（My-SQL）來完成持久化和常規(guī)的數(shù)據(jù)訪問功能，以分布式內(nèi)存Cache系統(tǒng)來提供對響應(yīng)速度和并發(fā)能力極高的數(shù)據(jù)的訪問，以第三方或者自行研發(fā)的分布式全文搜索系統(tǒng)來提供全文檢索服務(wù)的全方位的分布式數(shù)據(jù)服務(wù)層，中間則通過應(yīng)用架構(gòu)的幫助實現(xiàn)一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問層，來控制數(shù)據(jù)的讀取寫入檢索等操作，如圖4所示：讓MySQL中的數(shù)據(jù)同步（或異步）寫入到Cache和Search系統(tǒng)的實現(xiàn)方式很多，如對實時性要求不是很高，也不希望Data Proxy Layer中有太多的控制邏輯，完全可以通過隊列的方式以異步的方式實現(xiàn)；如對實時性要求較高，也可以通過 Data Proxy Layer這一層應(yīng)用來控制Cache和Search中的數(shù)據(jù)更新；甚至還可以通過MySQL的用戶自定義函數(shù)，以Trigger的方式將數(shù)據(jù)實時地更新到Cache集群。類似的方式可以想出很多，關(guān)鍵是要根據(jù)應(yīng)用場景，來選擇最合適、最簡單的方式來實現(xiàn)。

架構(gòu)無所謂最好的，只有最合適的。任何架構(gòu)都有其適用的場景，也有其相應(yīng)的生命周期。應(yīng)用場景或業(yè)務(wù)量的變化，都可能導(dǎo)致架構(gòu)不足以應(yīng)對的現(xiàn)象。引用一句電影臺詞：“出來混，遲早要還的！”

看完上述內(nèi)容，你們掌握基于MySQL的高可用可擴展架構(gòu)該如何探討的方法了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！