一步步带你了解分布式数据库的架构演变之路！

落日映苍穹つ 2022-04-23 13:22 196阅读 0赞

MyCat 是一个数据库分库分表中间件，使用 MyCat 可以非常方便地实现数据库的分库分表查询，并且减少项目中的业务代码。今天我们将通过数据库架构发展的演变来介绍 MyCat 的诞生背景，以及 MyCat 在其中扮演的角色，从而使得大家对 MyCat 的诞生及其作用有深入的理解。

**1单数据库架构**

一个项目在初期的时候，为了尽可能快地验证市场，其对业务系统的最大要求是快速实现。在这个阶段，代码开发人员为了能快速实现业务系统，一般都是将所有层级（MVC）的业务代码都写在同一个项目中，**所有的业务数据都存放在同一个数据库中**。此时，项目的整体架构图如下所示：

![896610-20180515091451383-770113279.jpg][]

单数据库架构

从上图可以看到，我们在一个项目中集中了注册、登陆、购物三个模块的业务代码，并且这三个业务模块都读取同一个业务数据库。

但随着项目的不断推进，用户量不断增长，单台应用服务器已经无法承受如此巨大的流量了。此时常见的做法是把项目进行**分布式部署，分散单台服务器的流量**，从而可以暂时缓解用户增长带来的应用服务器压力。此时的项目架构图如下所示：

![896610-20180515091536594-1295593608.jpg][]

分布式部署-单数据库架构

但随着我们部署的应用服务器越来越多，后端的单台数据库服务器已经无法承受如此巨大的流量了。为了尽快缓解用户访问压力，我们一般是在应用服务器与数据库服务器中间**加多一个缓存层，通过缓存可以抵消掉一部分的数据库查询操作**。此时的项目架构图如下所示：

![896610-20180515091707593-795258749.jpg][]

分布式部署-缓存-单数据库架构

但是增加数据库缓存层只能缓解数据库访问压力，拦截部分数据库访问请求。随着用户访问量的进一步增长，数据库访问的瓶颈还是会进一步凸显。这个时候，我们不得不对数据层的架构进行改造。

**2主从数据库架构**

这个时候常用的解决方案就是**将原本单台数据库服务器变成主从模式的数据库服务器**，即一台数据库作为主库支持写入数据，一台数据库作为读库支持查询数据。此时项目的架构图如下所示：

![896610-20180515091756214-1084140344.jpg][]

主从数据库架构

我们通过数据库主从同步实现了读写分离，将所有读操作都引导到从库进行，将所有写操作都引导到主库进行。

因为我们对数据库层进行了改造，规定所有读数据库操作要访问从库，所有写数据库操作要访问主库，那么我们就必须对原来的代码进行改造。

public User selectUser()\{  
   dataTemplate.selectById(...);  
\}  
public User insertUser()\{  
   dataTemplate.insert(user);  
\}

上面是改造前的代码，无论是读操作还是写操作，我们都使用同一个数据源进行操作。但为了适应新的数据库架构，我们必须在代码中手动判断应该请求哪个数据源。

public User selectUser()\{  
   readTemplate.selectById(...);  
\}  
public User insertUser()\{  
   writeTemplate.insert(user);  
\}

经过修改后的代码，开发根据自身经验判断应该选择哪个数据源进行操作。当是读操作的时候，我们选择 readTemplate。当是写操作的时候，我们选择 writeTemplate。

但作为一个程序员，我们隐隐约约觉得识别应该用哪个数据源这个判断不应该人工判断，而应该自动让代码去判断。毕竟这个判断的模式很简单 —— 如果是 select 那么就用读的数据源，如果是其他那么就用写的数据源。

**其实这个就是 MyCat 的用途之一，即作为一个数据库中间件去解决数据源判断问题。**如果我们使用 MyCat 作为数据库中间件，那么我们不需要关心我应该使用哪个数据源。MyCat 帮我们屏蔽了不同数据源的差异，对于我们来说就只有一个数据源，这个数据源能处理写操作，也能处理读操作。上面查询和插入的代码就可以变成下面这样：

public User selectUser()\{  
   dataTemplate.selectById(...);  
\}  
public User insertUser()\{  
   dataTemplate.insert(user);  
\}

实现了主从数据库架构，再使用 MyCat，你发现我们并不需要去修改太多的代码，只需要将数据源改为 MyCat 地址即可。MyCat 自动把我们所有的语句发送给后端的 MySQL 服务器。

当我们使用了主从数据库架构之后，我们会发现我们能支撑更多的用户访问和请求了。但随着业务的进一步发展，其实可以发现会存在一些问题：

*  当我们修改了注册模块的时候，我们需要整个项目都发布一次，这样会影响到登录、购物模块的正常使用。
 *  即使每次改动的代码即使很小，我们还是需要发布整个项目包，这使得每次发布的代码包非常巨大。
 *  随着业务量的不断增长，我们会发现即使实现了主从的读写分离，数据库的压力也是非常大，似乎快要承受不了了。

上面说的这些问题只是实战中遇到的一部分问题，事实上遇到的问题只会更多不会更少，而且随着业务的不断发展会愈加凸显。

**3垂直切分数据库架构**

此时为了各个业务模块不互相影响，我们**把应用层进行垂直拆分，即把注册模块、登陆模块、购物模块都单独作为一个应用系统**，分别读写独立的数据库服务器。此时，我们的系统架构图如下图所示：

![896610-20180515091832344-1052322220.jpg][]

垂直切分数据库架构

实现了垂直拆分之后，我们可以成功解决上面说到的三个问题：业务模块相互影响问题、单数据库压力问题。

但是随着业务的进一步扩大，我们又增加了许多业务模块：客服模块、钱包模块、个人中心模块、收藏夹模块、订单模块等。按照我们之前所设计的数据库架构，我们会存在许多个数据源，这些数据源分散在各个项目中：

*  用户数据库  192.168.0.1
 *  商品数据库  192.168.0.2
 *  短信数据库  192.168.0.3
 *  客服数据库  192.168.0.4
 *  钱包数据库  192.168.0.5
 *  ……

对于一个项目管理者来说，这么多的数据源分散在不同项目中，怎么统一管理是一个问题。很多时候我们都很难记住这个项目连接的是哪个数据库，那个项目连接的是哪个数据库。

但如果你使用了 MyCat 作为数据库中间件的话，MyCat 就可以帮你解决这个问题。**对于所有项目来说，它们只需要统一连接 MyCat 对外提供的一个地址，而 MyCat 则帮这些项目联系所有后端的 MySQL 数据库。**对于前端的项目俩说，它们只知道 MyCat 这个数据库中间件，而不需要去理会我到底连接哪个数据库，MyCat 通过自身配置可以完成这个任务。

# #

哪个表的冗余代码，从而让开发人员更专注于业务逻辑的开发。

**4水平切分数据库架构**

当数据库架构经历了主从架构、垂直拆分架构之后，应对一般的业务读写是没有什么问题了。但对于一些核心的业务数据，可能还是会有瓶颈问题，例如用户模块。

对于一些用户量高达一个亿的用户系统来说，即使经过主从架构、垂直拆分架构的优化，但其用户数据库的单个表里需要存储的数据还是高达一个亿的大小。如果我们把所有的数据都存放在一个表里，无论是注册时的插入数据，或者是登陆时的查询数据，势必会变得很慢。

这时候，我们就不得不**对这些高数据量的核心业务表进行水平拆分，即将海量的数据记录拆分到多张表中保存。**例如我们一开始可能只有一张 User 表，我们将 User 表按照用户 ID 对 1000 取余进行拆分，那么我们就会有 1000 张表，分别是 User\_000 至 User\_999。此时，项目的架构图如下所示：

![896610-20180515091921051-1661498076.jpg][]

水平切分数据库架构

当我们在代码中查询用户数据时，我们先根据用户 ID 取余判断其应该操作的表，之后再查询对应的表。例如 UserId 为 90749738 的用户就应该查询 User\_38 表，UserId 为 74847383 的用户就应该查询 User\_83 表。

通过水平拆分，我们成功解决了海量数据核心业务表的读写瓶颈问题。但此时在代码层面上有一个问题出现了，那就是我们需要在查询数据库之前，根据 UserId 去判断应该查询哪个表，这个操作对于所有业务模块来说都是高度一致的，应该抽离成一个公用的项目。

与判断应该使用读数据源还是写数据源一致，我们都觉得这样机械的任务不应该丢给程序员做，应该让机器去做。这其实就是 MyCat 可以帮我们做的事情：**MyCat 通过配置一系列的分库分表规则，让 MyCat 帮我们自动判断应该查询哪一个分表。**通过使用 MyCat 数据库中间件，我们可以省去在代码层判断查询哪个表的冗余代码，从而让开发人员更专注于业务逻辑的开发。

**5总结**

从单一的数据库架构，到主从读写分离的数据库架构，再到垂直拆分、水平拆分的数据库架构。我们可以看到 MyCat 帮我们**解决了读写数据源判断、繁杂数据源地址、分表判断这三个机械的重复性的问题**。

但 MyCat 发展至今，其功能已经远远超过上面说的这三个。例如 MyCat 支持主从切换功能，当数据库主库发生网络问题或其他故障时，MyCat 可以自动切换到从库，从而保证正常读写功能的进行。MyCat 的定位是一个数据库中间件，但凡所有处于应用层和数据层之间的事情，MyCat 都可以做。

通过这篇文章，我们了解了 MyCat 的诞生背景以及其最基本的作用。

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