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隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的廣泛普及，海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問成為了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的瓶頸問題。對(duì)于一個(gè)大型的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，每天百萬(wàn)級(jí)甚至上億的PV無(wú)疑對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)造成了相當(dāng)高的負(fù)載。對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性造成了極大的問題。

一、負(fù)載均衡技術(shù)
負(fù)載均衡集群是由一組相互獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，通過常規(guī)網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，由路由器銜接在一起，各節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作、共同負(fù)載、均衡壓力，對(duì)客戶端來(lái)說，整個(gè)群集可以視為一臺(tái)具有超高性能的獨(dú)立服務(wù)器。

1、實(shí)現(xiàn)原理
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)載均衡技術(shù)，首先要有一個(gè)可以控制連接數(shù)據(jù)庫(kù)的控制端。在這里，它截?cái)嗔藬?shù)據(jù)庫(kù)和程序的直接連接，由所有的程序來(lái)訪問這個(gè)中間層，然后再由中間層來(lái)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣，我們就可以具體控制訪問某個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)了，然后還可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的當(dāng)前負(fù)載采取有效的均衡策略，來(lái)調(diào)整每次連接到哪個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。
2、實(shí)現(xiàn)多據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)同步
對(duì)于負(fù)載均衡，最重要的就是所有服務(wù)器的數(shù)據(jù)都是實(shí)時(shí)同步的。這是一個(gè)集群所必需的，因?yàn)?，如果?shù)不據(jù)實(shí)時(shí)、不同步，那么用戶從一臺(tái)服務(wù)器讀出的數(shù)據(jù)，就有別于從另一臺(tái)服務(wù)器讀出的數(shù)據(jù)，這是不能允許的。所以必須實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)同步。這樣，在查詢的時(shí)候就可以有多個(gè)資源，實(shí)現(xiàn)均衡。比較常用的方法是Moebius for SQL Server集群，Moebius for SQL Server集群采用將核心程序駐留在每個(gè)機(jī)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中的辦法，這個(gè)核心程序稱為Moebius for SQL Server 中間件，主要作用是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)的變化并將變化的數(shù)據(jù)同步到其他數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)同步完成后客戶端才會(huì)得到響應(yīng)，同步過程是并發(fā)完成的，所以同步到多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和同步到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)間基本相等；另外同步的過程是在事務(wù)的環(huán)境下完成的，保證了多份數(shù)據(jù)在任何時(shí)刻數(shù)據(jù)的一致性。正因?yàn)镸oebius 中間件宿主在數(shù)據(jù)庫(kù)中的創(chuàng)新，讓中間件不但能知道數(shù)據(jù)的變化，而且知道引起數(shù)據(jù)變化的SQL語(yǔ)句，根據(jù)SQL語(yǔ)句的類型智能的采取不同的數(shù)據(jù)同步的策略以保證數(shù)據(jù)同步成本的最小化。

數(shù)據(jù)條數(shù)很少，數(shù)據(jù)內(nèi)容也不大，則直接同步數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)條數(shù)很少，但是里面包含大數(shù)據(jù)類型，比如文本，二進(jìn)制數(shù)據(jù)等，則先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮然后再同步，從而減少網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用和傳輸所用的時(shí)間。
數(shù)據(jù)條數(shù)很多，此時(shí)中間件會(huì)拿到造成數(shù)據(jù)變化的SQL語(yǔ)句， 然后對(duì)SQL語(yǔ)句進(jìn)行解析，分析其執(zhí)行計(jì)劃和執(zhí)行成本，并選擇是同步數(shù)據(jù)還是同步SQL語(yǔ)句到其他的數(shù)據(jù)庫(kù)中。此種情況應(yīng)用在對(duì)表結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整或者批量更改數(shù)據(jù)的時(shí)候非常有用。
3、優(yōu)缺點(diǎn)
(1) 擴(kuò)展性強(qiáng)：當(dāng)系統(tǒng)要更高數(shù)據(jù)庫(kù)處理速度時(shí)，只要簡(jiǎn)單地增加數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器就 可以得到擴(kuò)展。
(2) 可維護(hù)性：當(dāng)某節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)故障并轉(zhuǎn)移故障節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用，保證數(shù)據(jù)庫(kù)的持續(xù)工作。
(3) 安全性：因?yàn)閿?shù)據(jù)會(huì)同步的多臺(tái)服務(wù)器上，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集的冗余，通過多份數(shù)據(jù)來(lái)保證安全性。另外它成功地將數(shù)據(jù)庫(kù)放到了內(nèi)網(wǎng)之中，更好地保護(hù)了數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性。
(4) 易用性：對(duì)應(yīng)用來(lái)說完全透明，集群暴露出來(lái)的就是一個(gè)IP

(1) 不能夠按照Web服務(wù)器的處理能力分配負(fù)載。
(2) 負(fù)載均衡器(控制端)故障，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)癱瘓。

二、數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫分離
1，實(shí)現(xiàn)原理：讀寫分離簡(jiǎn)單的說是把對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)讀和寫的操作分開對(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，這樣能有效地減輕數(shù)據(jù)庫(kù)壓力，也能減輕io壓力。主數(shù)據(jù)庫(kù)提供寫操作，從數(shù)據(jù)庫(kù)提供讀操作，其實(shí)在很多系統(tǒng)中，主要是讀的操作。當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行寫操作時(shí)，數(shù)據(jù)要同步到從的數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣才能有效保證數(shù)據(jù)庫(kù)完整性。

(ebay的讀寫比率是260:1,ebay的讀寫分離)

(微軟數(shù)據(jù)庫(kù)分發(fā)) 

2，實(shí)現(xiàn)方法：在MS Sql server中可以使用發(fā)布定義的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制，實(shí)現(xiàn)讀寫分離，復(fù)制是將一組數(shù)據(jù)從一個(gè)數(shù)據(jù)源拷貝到多個(gè)數(shù)據(jù)源的技術(shù)，是將一份數(shù)據(jù)發(fā)布到多個(gè)存儲(chǔ)站點(diǎn)上的有效方式。使用復(fù)制技術(shù)，用戶可以將一份數(shù)據(jù)發(fā)布到多臺(tái)服務(wù)器上。復(fù)制技術(shù)可以確保分布在不同地點(diǎn)的數(shù)據(jù)自動(dòng)同步更新，從而保證數(shù)據(jù)的一致性。SQL SERVER復(fù)制技術(shù)類型有三種，分別是：快照復(fù)制、事務(wù)復(fù)制、合并復(fù)制。SQL SERVER 主要采用出版物、訂閱的方式來(lái)處理復(fù)制。源數(shù)據(jù)所在的服務(wù)器是出版服務(wù)器，負(fù)責(zé)發(fā)表數(shù)據(jù)。出版服務(wù)器把要發(fā)表的數(shù)據(jù)的所有改變情況的拷貝復(fù)制到分發(fā)服務(wù)器，分發(fā)服務(wù)器包含有一個(gè)分發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，可接收數(shù)據(jù)的所有改變，并保存這些改變，再把這些改變分發(fā)給訂閱服務(wù)器。

3，優(yōu)缺點(diǎn)
(1)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性差:數(shù)據(jù)不是實(shí)時(shí)同步到自讀服務(wù)器上的，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入主服務(wù)器后，要在下次同步后才能查詢到。

(2)數(shù)據(jù)量大時(shí)同步效率差：?jiǎn)伪頂?shù)據(jù)量過大時(shí)插入和更新因索引,磁盤IO等問題，性能會(huì)變的很差。

(3)同時(shí)連接多個(gè)（至少兩個(gè)）數(shù)據(jù)庫(kù)：至少要連接到兩個(gè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)際的讀寫操作是在程序代碼中完成的，容易引起混亂

(4)讀具有高性能高可靠性和可伸縮:只讀服務(wù)器，因?yàn)闆]有寫操作，會(huì)大大減輕磁盤IO等性能問題，大大提高效率；只讀服務(wù)器可以采用負(fù)載均衡，主數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)布到多個(gè)只讀服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)讀操作的可伸縮性。

三、數(shù)據(jù)庫(kù)拆分(分布式) 

通過某種特定的條件，將存放在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)分散存放到多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上，實(shí)現(xiàn)分布存儲(chǔ)，通過路由規(guī)則路由訪問特定的數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣一來(lái)每次訪問面對(duì)的就不是單臺(tái)服務(wù)器了，而是N臺(tái)服務(wù)器，這樣就可以降低單臺(tái)機(jī)器的負(fù)載壓力。

垂直(縱向)拆分：是指按功能模塊拆分，比如分為訂單庫(kù)、商品庫(kù)、用戶庫(kù)...這種方式多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的表結(jié)構(gòu)不同。

水平(橫向)拆分：將同一個(gè)表的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊保存到不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些數(shù)據(jù)庫(kù)中的表結(jié)構(gòu)完全相同。

（縱向拆分）

 （橫向拆分）

1，實(shí)現(xiàn)原理：使用垂直拆分，主要要看應(yīng)用類型是否合適這種拆分方式，如系統(tǒng)可以分為，訂單系統(tǒng)，商品管理系統(tǒng)，用戶管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)比較明的，垂直拆分能很好的起到分散數(shù)據(jù)庫(kù)壓力的作用。業(yè)務(wù)模塊不明晰，耦合（表關(guān)聯(lián)）度比較高的系統(tǒng)不適合使用這種拆分方式。但是垂直拆分方式并不能徹底解決所有壓力問題，例如 有一個(gè)5000w的訂單表，操作起來(lái)訂單庫(kù)的壓力仍然很大，如我們需要在這個(gè)表中增加（insert）一條新的數(shù)據(jù)，insert完畢后，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)針對(duì)這張表重新建立索引，5000w行數(shù)據(jù)建立索引的系統(tǒng)開銷還是不容忽視的，反過來(lái)，假如我們將這個(gè)表分成100個(gè)table呢，從table_001一直到table_100，5000w行數(shù)據(jù)平均下來(lái)，每個(gè)子表里邊就只有50萬(wàn)行數(shù)據(jù)，這時(shí)候我們向一張只有50w行數(shù)據(jù)的table中insert數(shù)據(jù)后建立索引的時(shí)間就會(huì)呈數(shù)量級(jí)的下降，極大了提高了DB的運(yùn)行時(shí)效率，提高了DB的并發(fā)量，這種拆分就是橫向拆分

2，實(shí)現(xiàn)方法：垂直拆分，拆分方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，根據(jù)表名訪問不同的數(shù)據(jù)庫(kù)就可以了。橫向拆分的規(guī)則很多，這里總結(jié)前人的幾點(diǎn)，

(1)順序拆分：如可以按訂單的日前按年份才分，2003年的放在db1中，2004年的db2,以此類推。當(dāng)然也可以按主鍵標(biāo)準(zhǔn)拆分。

優(yōu)點(diǎn)：可部分遷移

缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)分布不均，可能2003年的訂單有100W，2008年的有500W。

(2)hash取模分： 對(duì)user_id進(jìn)行hash（或者如果user_id是數(shù)值型的話直接使用user_id的值也可），然后用一個(gè)特定的數(shù)字，比如應(yīng)用中需要將一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)切分成4個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的話，我們就用4這個(gè)數(shù)字對(duì)user_id的hash值進(jìn)行取模運(yùn)算，也就是user_id%4,這樣的話每次運(yùn)算就有四種可能：結(jié)果為1的時(shí)候?qū)?yīng)DB1；結(jié)果為2的時(shí)候?qū)?yīng)DB2；結(jié)果為3的時(shí)候?qū)?yīng)DB3；結(jié)果為0的時(shí)候?qū)?yīng)DB4，這樣一來(lái)就非常均勻的將數(shù)據(jù)分配到4個(gè)DB中。 
優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)分布均勻 
缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)遷移的時(shí)候麻煩；不能按照機(jī)器性能分?jǐn)倲?shù)據(jù) 。
(3)在認(rèn)證庫(kù)中保存數(shù)據(jù)庫(kù)配置 
就是建立一個(gè)DB，這個(gè)DB單獨(dú)保存user_id到DB的映射關(guān)系，每次訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候都要先查詢一次這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，以得到具體的DB信息，然后才能進(jìn)行我們需要的查詢操作。 
優(yōu)點(diǎn)：靈活性強(qiáng)，一對(duì)一關(guān)系 
缺點(diǎn)：每次查詢之前都要多一次查詢，會(huì)造成一定的性能損失。