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數(shù)據(jù)庫相關(guān)中間件

數(shù)據(jù)庫中間件'>數(shù)據(jù)庫中間件

這里主要介紹互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)內(nèi)有關(guān)數(shù)據(jù)庫的相關(guān)中間件。數(shù)據(jù)庫相關(guān)平臺主要解決以下三個方面的問題:

為海量前臺數(shù)據(jù)提供高性能、大容量、高可用性的訪問 為數(shù)據(jù)變更的消費提供準(zhǔn)實時的保障 高效的異地數(shù)據(jù)同步

應(yīng)用層通過分表分庫中間件訪問數(shù)據(jù)庫,包括讀操作(Select)和寫操作(update, insert和delete等,DDL, DCL)。寫操作會在數(shù)據(jù)庫上產(chǎn)生變更記錄,MySQL的變更記錄叫binlog, Oracle的稱之為redolog, 增量數(shù)據(jù)訂閱與消費中間件解析這些變更,并以統(tǒng)一的格式保存起來,下層應(yīng)用根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行消費應(yīng)用。當(dāng)然,在數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫本身之間也會有數(shù)據(jù)庫遷移的操作,這種操作可以不需要增量數(shù)據(jù)訂閱與消費中間件的數(shù)據(jù),而可以自行處理。

數(shù)據(jù)庫中間件有以下幾種:

分布式數(shù)據(jù)庫分表分庫 數(shù)據(jù)增量訂閱與消費 數(shù)據(jù)庫同步(全量、增量、跨機房、復(fù)制) 跨數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)源)遷移

整個產(chǎn)品族圖如下:

最上層的是分布式數(shù)據(jù)庫分表分庫中間件,負(fù)責(zé)和上層應(yīng)用打交道,對應(yīng)用可表現(xiàn)為一個獨立的數(shù)據(jù)庫,而屏蔽底層復(fù)雜的系統(tǒng)細節(jié)。分布式數(shù)據(jù)庫中間件除了基本的分表分庫功能,還可以豐富一下,比如講讀寫分離或者水平擴容功能集成在一起,或者比如讀寫分離本身也可以作為一個獨立的中間件。(Cobar, MyCAT, TDDL, DRDS, DDB) 增量數(shù)據(jù)訂閱和消費,用戶對數(shù)據(jù)庫操作,比如DML, DCL, DDL等,這些操作會產(chǎn)生增量數(shù)據(jù),下層應(yīng)用可以通過監(jiān)測這些增量數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理。典型代表Canal,根據(jù)MySQL的binlog實現(xiàn)。也有針對Oracle(redolog)的增量數(shù)據(jù)訂閱與消費的中間件。(Canal, Erosa) 數(shù)據(jù)庫同步中間件涉及數(shù)據(jù)庫之間的同步操作,可以實現(xiàn)跨(同)機房同步以及異地容災(zāi)備份、分流等功能??梢陨婕岸喾N數(shù)據(jù)庫,處理之后的數(shù)據(jù)也可以以多種形式存儲。(Otter, JingoBus, DRC) 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫之間會有數(shù)據(jù)遷移(同步)的動作,同款數(shù)據(jù)同步原理比較簡單,比如MySQL主備同步,只要在數(shù)據(jù)庫層進行相應(yīng)的配置既可,但是跨數(shù)據(jù)庫同步就比較復(fù)雜了,比如Oracle->MySQL. 數(shù)據(jù)遷移一般包括三個步驟:全量復(fù)制,將原數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)全量遷移到新數(shù)據(jù)庫,在這遷移的過程中也會有新的數(shù)據(jù)產(chǎn)生;增量同步,對新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行同步,并持續(xù)一段時間以保證數(shù)據(jù)同步;原庫停寫,切換新庫。將“跨數(shù)據(jù)庫”這個含義擴大一下——“跨數(shù)據(jù)源”,比如HDFS, HBase, FTP等都可以相互同步。(yugong, DataX)

分布式數(shù)據(jù)庫

隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品在體量和規(guī)模上日益膨脹,無論是Oracle還是MySQL,都會第一時間面臨來自磁盤,CPU和內(nèi)存等單機瓶頸,為此,產(chǎn)品方除了需要不斷購買成本難以控制的高規(guī)格服務(wù)器,還要面臨不斷迭代的在線數(shù)據(jù)遷移。在這種情況下,無論是海量的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)還是快速成長的業(yè)務(wù)規(guī)模,都迫切需要一種水平擴展的方法將存儲成本分?jǐn)偟匠杀究煽氐纳逃梅?wù)器上。同時,也希望通過線性擴容降低全量數(shù)據(jù)遷移對線上服務(wù)帶來的影響,分庫分表方案便應(yīng)運而生。

分表分庫類的中間件主要有兩種形式向應(yīng)用提供服務(wù):

一種是以JDBC的jar包形式為Java應(yīng)用提供直接依賴,Java應(yīng)用通過提供的JDBC包實現(xiàn)透明訪問分布式數(shù)據(jù)庫集群中的各個分庫分表,典型代表網(wǎng)易的DDB和阿里的TDDL. 另一種是為應(yīng)用部署獨立的服務(wù)來滿足應(yīng)用分庫分表的需求,在這種方式下通過標(biāo)準(zhǔn)JDBC訪問Proxy,而Proxy則根據(jù)MySQL標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議對客戶端請求解析,還原應(yīng)用SQL請求,然后通過本地訪問數(shù)據(jù)庫集群,最后再將得到的結(jié)果根據(jù)MySQL標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議編碼返回給客戶端。典型代表阿里的Cobar, Cobar變種MyCAT, 阿里的DRDS,網(wǎng)易的DDB proxy模式以及DDB的私有云模式。

Cobar

Cobar 是提供關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(MySQL)分布式服務(wù)的中間件,它可以讓傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫得到良好的線性擴展,并看上去還是一個數(shù)據(jù)庫,對應(yīng)用保持透明。

Cobar以Proxy的形式位于前臺應(yīng)用和實際數(shù)據(jù)庫之間,對前臺的開放的接口是MySQL通信協(xié)議。將前臺SQL語句變更并按照數(shù)據(jù)分布規(guī)則發(fā)到合適的后臺數(shù)據(jù)分庫,再合并返回結(jié)果,模擬單庫下的數(shù)據(jù)庫行為。

Cobar屬于阿里B2B事業(yè)群,始于2008年,在阿里服役3年多,接管3000+個MySQL數(shù)據(jù)庫的schema,集群日處理在線SQL請求50億次以上。由于Cobar發(fā)起人的離職,Cobar停止維護。后續(xù)的類似中間件,比如MyCAT建立于Cobar之上,包括現(xiàn)在阿里服役的RDRS其中也復(fù)用了Cobar-Proxy的相關(guān)代碼。

Cobar結(jié)構(gòu)

與應(yīng)用之間通過MySQL protocol進行交互,是一個proxy的結(jié)構(gòu),對外暴露jdbc:mysql://CobarIP:pZ喎?'http://www.2cto.com/kf/ware/vc/' target='_blank' class='keylink'>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'' src='http://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20161010/20161010095415142.png' title='\' />

HA

在用戶配置了MySQL心跳的情況下,Cobar可以自動向后端連接的MySQL發(fā)生心跳,判斷MySQL運行狀況,一旦運行出現(xiàn)異常,Cobar可以自動切換到備機工作,但需要強調(diào)的是:

Cobar的主備切換有兩種觸發(fā)方式,一種是用戶手動觸發(fā),一種是Cobar的心跳語句檢測到異常后自動觸發(fā)。那么,當(dāng)心跳檢測到主機異常,切換到備機,如果主機恢復(fù)了,需要用戶手動切回主機工作,Cobar不會在主機恢復(fù)時自動切換回主機,除非備機的心跳也返回異常。 Cobar只檢查MySQL主備異常,不關(guān)心主備之間的數(shù)據(jù)同步,因此用戶需要在使用Cobar之前在MySQL主備上配置雙向同步,詳情可以參閱MySQL參考手冊。

Cobar解決的問題

分布式:Cobar的分布式主要是通過將表放入不同的庫來實現(xiàn)。

Cobar支持將一張表水平拆分成多份分別放入不同的庫來實現(xiàn)表的水平拆分 Cobar也支持將不同的表放入不同的庫 多數(shù)情況下,用戶將以上兩種方式混合使用

這里需要強調(diào)的是,Cobar不支持將一張表,例如test表拆分成test_1, test_2, test_3….放在同一個庫中,必須拆分后的表分別放入不同的庫來實現(xiàn)分布式。

Cobar的約束

不支持跨庫情況下的join、分頁、排序、子查詢操作 SET語句執(zhí)行會被忽略,事務(wù)和字符集設(shè)置除外 分庫情況下,insert語句必須包括拆分字段列名 分庫情況下,update語句不能更新拆分字段的值 不支持SAVEPOINT操作 暫時只支持MySQL數(shù)據(jù)節(jié)點 使用JDBC時,不支持rewriteBatchedStatements=true參數(shù)設(shè)置(默認(rèn)為false) 使用JDBC時,不支持useServerPrepStmts=true參數(shù)設(shè)置(默認(rèn)為false) 使用JDBC時,BLOB, BINARY, VARBINARY字段不能使用setBlob()或setBinaryStream()方法設(shè)置參數(shù)

MyCAT

從定義和分類看,它是一個開源的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),是一個實現(xiàn)了MySQL協(xié)議的Server,前端用戶可以把它看做是一個數(shù)據(jù)庫代理,用MySQL客戶端工具和命令行訪問,而其后端可以用MySQL Native Protocol與多個MySQL服務(wù)器通信,也可以用JDBC協(xié)議與大多數(shù)主流數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通信,其核心功能是分表分庫,即將一個大表水平分割為N個小表,存儲在后端MySQL服務(wù)器里或者其他數(shù)據(jù)庫里。

MyCAT發(fā)展到目前的版本,已經(jīng)不是一個單純的MySQL代理了,它的后端可以支持MySQL, SQL Server, Oracle, DB2, PostgreSQL等主流數(shù)據(jù)庫,也支持MongoDB這種新型NoSQL方式的存儲,未來還會支持更多類型的存儲。

MyCAT是一個強大的數(shù)據(jù)庫中間件,不僅僅可以用作讀寫分離,以及分表分庫、容災(zāi)管理,而且可以用于多租戶應(yīng)用開發(fā)、云平臺基礎(chǔ)設(shè)施,讓你的架構(gòu)具備很強的適應(yīng)性和靈活性,借助于即將發(fā)布的MyCAT只能優(yōu)化模塊,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問瓶頸和熱點一目了然,根據(jù)這些統(tǒng)計分析數(shù)據(jù),你可以自動或手工調(diào)整后端存儲,將不同的表隱射到不同存儲引擎上,而整個應(yīng)用的代碼一行也不用改變。

MyCAT是在Cobar基礎(chǔ)上發(fā)展的版本,兩個顯著提高:

后端由BIO改為NIO,并發(fā)量有大幅提高; 增加了對Order By, Group By, Limit等聚合功能(雖然Cobar也可以支持Order By, Group By, Limit語法,但是結(jié)果沒有進行聚合,只是簡單返回給前端,聚合功能還是需要業(yè)務(wù)系統(tǒng)自己完成)

MyCAT架構(gòu)

事務(wù)是弱XA MyCAT的原理中最重要的一個動詞是“攔截”,它攔截了用戶發(fā)來的SQL語句,首先對SQL語句做了一些特定的分析:如分片分析,路由分析、讀寫分離分析、緩存分析等,然后將此SQL發(fā)往后端的真實數(shù)據(jù)庫,并將返回的結(jié)果做適當(dāng)?shù)奶幚?,最終再返回給用戶。 MyCAT對自身不支持的SQL語句提供了一種解決方案——在要執(zhí)行的SQL語句前添加額外的一段由注解SQL組織的代碼,這樣SQL就能正確執(zhí)行,這段代碼稱之為“注解”。注解的使用相當(dāng)于對MyCAT不支持的SQL語句做了一層透明代理轉(zhuǎn)發(fā),直接交給目標(biāo)的數(shù)據(jù)節(jié)點進行SQL語句執(zhí)行。 MyCAT自身有類似其他數(shù)據(jù)庫的管理監(jiān)控方式,可以通過MySQL命令行,登錄管理端口(9066)執(zhí)行相應(yīng)的SQL進行管理,也可以通過jdbc的方式進行遠程連接管理。

HA

MyCAT作為一個代理層中間件,MyCAT系統(tǒng)的高可用設(shè)計到MyCAT本身的高可用以及后端MySQL的高可用. 在多數(shù)情況下,建議采用MySQL主從復(fù)制高可用性配置并交付給MyCAT來完成后端MySQL節(jié)點的主從自動切換。

MySQL側(cè)的HA

MySQL節(jié)點開啟主從復(fù)制的配置方案,并將主節(jié)點配置為MyCAT的dataHost里的writeNode,從節(jié)點配置為readNode,同時MyCAT內(nèi)部定期對一個dataHost里的所有writeHost與readHost節(jié)點發(fā)起心跳檢測。 正常情況下,MyCAT將第一個writeHost作為寫節(jié)點,所有的DML SQL會發(fā)送此節(jié)點。 若MyCAT開啟了讀寫分離,則查詢節(jié)點會根據(jù)讀寫分離的策略發(fā)往readHost(+writeHost)執(zhí)行。 如果第一個writeHost宕機,MyCAT會在默認(rèn)的三次心跳檢測失敗后,自動切換到下一個可用的writeHost執(zhí)行DML SQL語句 當(dāng)原來配置的MySQL寫節(jié)點宕機恢復(fù)后,作為從節(jié)點,跟隨新的主節(jié)點,重新配置主從同步。

MyCAT自身的HA

官方建議是采用基于硬件的負(fù)載聚亨或者軟件方式的HAproxy等。 如果還擔(dān)心HAproxy的穩(wěn)定性和但節(jié)點問題,則可以用keepalived的VIP的浮動功能,加以強化。

MyCAT功能和特性

支持SQL 92標(biāo)準(zhǔn) 支持Mysql集群,可以作為Proxy使用 支持JDBC連接多數(shù)據(jù)庫 支持NoSQL數(shù)據(jù)庫 支持galera sfor mysql集群,percona-cluster或者mariadb cluster,提供高可用性分片集群 自動故障切換,高可用性 支持讀寫分離,支持MySQL雙主多從,以及一主多從的模式 支持全局表,數(shù)據(jù)自動分片到多個節(jié)點,用于高效表關(guān)聯(lián)查詢 支持一致性Hash分片,有效解決分片擴容難題 多平臺支持,部署和試試簡單 支持Catelet開發(fā),類似數(shù)據(jù)庫存儲過程,用于跨分片復(fù)雜SQL的人工智能編碼實現(xiàn) 支持NIO與AIO兩種網(wǎng)絡(luò)通信機制,windows下建議AIO,Linux下目前建議NIO 支持MySQL存儲過程調(diào)用 以插件的方式支持SQL攔截和改寫 支持自增長逐漸、支持Oracle的Sequence機制 支持Mysql, MongoDB,Oracle, SQL Server, Hive, DB2, PostgreSQL等。

MyCAT目前的項目

MyCAT-Server:MyCAT核心服務(wù) MyCAT-Spider:MyCAT爬蟲技術(shù) MyCAT-ConfigCenter:MyCAT配置中心 MyCAT-BigSQL:MyCAT大數(shù)據(jù)處理(暫未更細) MyCAT-Web:MyCAT監(jiān)控及web(新版開發(fā)中) MyCAT-Balance:MyCAT負(fù)載均衡(暫未更細)

DRDS/TDDL

alibaba. Distributed Relational Database Service.

阿里分布式數(shù)據(jù)庫DRDS的前身是淘寶分布式數(shù)據(jù)庫層TDDL,大概在2012年的時候,阿里開始嘗試將TDDL這套體系輸出到阿里云上,也有了一個新的名字:DRDS.

TDDL

Tabao根據(jù)自己的業(yè)務(wù)特點開發(fā)了TDDL(Tabao Distributed Data Layer, 外號:頭都大了)。主要解決了分庫分表對應(yīng)用的透明化以及異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)復(fù)制,它是一個基于集中式配置的jdbc datasourcce實現(xiàn),具有主備,讀寫分離,動態(tài)數(shù)據(jù)庫配置等功能。

TDDL并非獨立的中間件,只能算作中間層,是以Jar包方式提供給應(yīng)用調(diào)用。屬于JDBC Shard的思想。

TDDL處于業(yè)務(wù)層和JDBC層中間。

TDDL其實主要可以劃分為3層架構(gòu),分別是Matrix層,Group層和Atom層。Matrix層用于實現(xiàn)分庫分表邏輯,底層多個Group實例。而Group和Atom共同組成了動態(tài)數(shù)據(jù)源,Group層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的Master/Slave模式的寫分離邏輯,底層持有多個Atom實例。最后Atom層(持有數(shù)據(jù)源)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫ip, port, password, connectionProperties等信息的動態(tài)推送,以及持有院子的數(shù)據(jù)源分離的JBoss數(shù)據(jù)源。

TDDL社區(qū)處于停滯狀態(tài),網(wǎng)上可查資源也較少。

RDRS

DRDS/TDDL是阿里巴巴自主研發(fā)的分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)。DRDS脫胎于阿里巴巴開源的Cobar分布式數(shù)據(jù)庫引擎,吸收了Cobar核心的Cobar-Proxy源碼,實現(xiàn)了一套獨立的類似MySQL-Proxy協(xié)議的解析端,能夠?qū)魅氲腟QL進行解析和處理,對應(yīng)用程序屏蔽各種復(fù)雜的底層DB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),獲得單機數(shù)據(jù)庫一樣的使用體驗,同時借鑒了淘寶TDDL豐富的分布式數(shù)據(jù)庫實踐經(jīng)驗,實現(xiàn)了對分布式Join支持,SUM/MAX/COUNT/AVG等聚合函數(shù)支持以及排序等函數(shù)支持,通過異構(gòu)索引、小表廣播等解決分布式數(shù)據(jù)庫使用場景下衍生出的一系列問題,最終形成了完整的分布式數(shù)據(jù)庫方案。

DRDS在整個阿里系統(tǒng)中所處的位置:

對于很多應(yīng)用而言,單機數(shù)據(jù)庫最終都會碰到單機性能上的天花板,在TPS/QPS/內(nèi)存容量/磁盤容量等等一系列系統(tǒng)資源上會碰到各類限制。DRDS的主要目標(biāo)就是幫您解決這方面的各類問題,他主要提供了兩個功能,讀寫分離和數(shù)據(jù)庫切汾喎?'http://www.2cto.com/kf/yidong/wp/' target='_blank' class='keylink'>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'' src='http://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20161010/20161010095420220.png' title='\' />

其他功能特性

1.分布式MySQL執(zhí)行引擎

主要目標(biāo)是實現(xiàn)與單機數(shù)據(jù)庫SQL引擎的完全兼容,實現(xiàn)SQL的智能下推,能夠智能分析SQL,解析出那些SQL可以直接下發(fā),那些SQL需要進行優(yōu)化改造,優(yōu)化成什么樣,以及路由到哪些實例節(jié)點上執(zhí)行,充分發(fā)揮數(shù)據(jù)庫實例的全部能力,減少網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸量,最終對不同實例處理后的少量結(jié)果進行聚合計算返回給應(yīng)用調(diào)用方。這就是分布式SQL引擎的智能下推功能。
分布式引擎的職責(zé)包含SQL解析,優(yōu)化,執(zhí)行和合并四個流程。

支持市面上幾乎所有的語言(具有MySQL訪問能力的),兼容90%以上MySQL語法。

案例分析:
比如一個簡單的AVG操作,對于一些比較初級的分布式數(shù)據(jù)庫模型而言,常見做法是把AVG直接下發(fā)到所有存儲節(jié)點,這樣造成的結(jié)果就是語法兼容,語義不兼容,最終拿到的是錯誤結(jié)果。而DRDS的智能下推引擎,對SQL的語法做充分的語義兼容性適配,針對AVG操作,只能由引擎將邏輯AVG SQL解析優(yōu)化為SUM和COUNT的SQL然后進行下推,由底層的數(shù)據(jù)庫實例節(jié)點完成SUM和COUNT計算,充分利用底層節(jié)點的計算能力,在引擎層將各個存儲節(jié)點的SUM和COUNT結(jié)果聚合計算,最終計算出AVG。

2.在線平滑擴容

在線數(shù)據(jù)擴容的重點在于“在線”兩字,也就是用戶不需要停止業(yè)務(wù)進行割接操作,直接就可以添加新的RDS節(jié)點到集群中,實現(xiàn)無縫的自由擴展。RDRS則將整個擴容過程分為幾個階段,包括全量遷移,增量同步,切換數(shù)據(jù)庫等幾個步驟。數(shù)據(jù)會提前進行搬遷,并進行增量并行同步一段時間,因此,我們可以在非常短的時間內(nèi)(秒級別)完成數(shù)據(jù)庫的最終擴容切換工作,對業(yè)務(wù)沒有影響。

3.小表廣播

在一些大的業(yè)務(wù)表進行了切分后,總會存在一些表的數(shù)據(jù)量不大,更新量也不大的原始信息表。這些表往往會與我們的切分后大表進行join操作,這種操作物理上就會造成分布式j(luò)oin查詢,效率從整體上會比較地下。針對這種分布式j(luò)oin的場景,開發(fā)了OETL專用工具來進行小表廣播,將原信息表的所有數(shù)據(jù)(包括增量更新)全部自動的廣播到大表的機器上,這樣,就可以讓原來的分布式查詢變成單機本地查詢了。

4.全局唯一ID

DRDS sequence功能的目標(biāo)只是為了保證數(shù)據(jù)的全局唯一,雖然基本上是按時間序列獲取的,但并不全局有序。

5.異構(gòu)索引

解決分布式場景下數(shù)據(jù)拆分維度和數(shù)據(jù)查詢使用維度不一致導(dǎo)致的低效問題。

當(dāng)數(shù)據(jù)表被拆分為多個分庫分表時,數(shù)據(jù)在分庫分表的分布規(guī)則就固定了。但是通常數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)使用場景非常復(fù)雜,如果數(shù)據(jù)的查詢維度和數(shù)據(jù)拆分分布的規(guī)則一直,單條SQL會在一個分庫分表上執(zhí)行;如果數(shù)據(jù)的查詢使用維度和數(shù)據(jù)拆分分布的規(guī)格不一致,單條SQL可能在多個分庫分表上執(zhí)行,出現(xiàn)跨庫查詢,跨庫查詢會增加IO成本,查詢效率必然下降。

解決這個問題的思路還是分布式數(shù)據(jù)庫的一貫原則,讓SQL執(zhí)行在單庫上完成,實際采用的方式就是用“空間換效率”的方案,也就是將同一份數(shù)據(jù)表,冗余存儲多份,按照不同的業(yè)務(wù)使用場景進行拆分,保持拆分維度和使用維度統(tǒng)一,而多份數(shù)據(jù)之間會實時數(shù)據(jù)復(fù)制以解決數(shù)據(jù)一致性問題,這就是“異構(gòu)索引”方案。當(dāng)然異構(gòu)索引表不能無限制濫用,過多的異構(gòu)索引表會影響同步效率,對源數(shù)據(jù)表造成同步壓力。

其他同款中間件

Altas, Vitess, Heisenberg, CDS, DDB, OneProxy等等。

Atlas

Qihoo 360.
Web平臺部基礎(chǔ)架構(gòu)團隊開發(fā)維護的一個基于MySQL協(xié)議的數(shù)據(jù)中間層項目,它是在mysql-proxy 0.8.2版本上對其進行優(yōu)化,增加了一些新的功能特性。
Atlas是一個位于應(yīng)用程序與MySQL之間,它實現(xiàn)了MySQL的客戶端和服務(wù)端協(xié)議,作為服務(wù)端與應(yīng)用程序通訊,同時作為客戶端與MySQL通訊。它對應(yīng)用程序屏蔽了DB的細節(jié)。
Altas不能實現(xiàn)分布式分表,所有的字表必須在同一臺DB的同一個DataBase里且所有的字表必須實現(xiàn)建好,Altas沒有自動建表的功能。

Heisenberg

Baidu.
其優(yōu)點:分庫分表與應(yīng)用脫離,分庫表如同使用單庫表一樣,減少db連接數(shù)壓力,熱重啟配置,可水平擴容,遵守MySQL原生協(xié)議,讀寫分離,無語言限制,mysqlclient, c, java都可以使用Heisenberg服務(wù)器通過管理命令可以查看,如連接數(shù),線程池,結(jié)點等,并可以調(diào)整采用velocity的分庫分表腳本進行自定義分庫表,相當(dāng)?shù)撵`活。
(開源版已停止維護)

CDS

JD. Completed Database Sharding.
CDS是一款基于客戶端開發(fā)的分庫分表中間件產(chǎn)品,實現(xiàn)了JDBC標(biāo)準(zhǔn)API,支持分庫分表,讀寫分離和數(shù)據(jù)運維等諸多共,提供高性能,高并發(fā)和高可靠的海量數(shù)據(jù)路由存取服務(wù),業(yè)務(wù)系統(tǒng)可近乎零成本進行介入,目前支持MySQL, Oracle和SQL Server.
(架構(gòu)上和Cobar,MyCAT相似,直接采用jdbc對接,沒有實現(xiàn)類似MySQL協(xié)議,沒有NIO,AIO,SQL Parser模塊采用JSqlParser, Sql解析器有:druid>JSqlParser>fdbparser.)

DDB

豬場. Distributed DataBase.
DDB經(jīng)歷了三次服務(wù)模式的重大更迭:Driver模式->Proxy模式->云模式。

Driver模式:基于JDBC驅(qū)動訪問,提供一個db.jar, 和TDDL類似, 位于應(yīng)用層和JDBC之間. Proxy模式:在DDB中搭建了一組代理服務(wù)器來提供標(biāo)準(zhǔn)的MySQL服務(wù),在代理服務(wù)器內(nèi)部實現(xiàn)分庫分表的邏輯。應(yīng)用通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫驅(qū)動訪問DDB Proxy, Proxy內(nèi)部通過MySQL解碼器將請求還原為SQL, 并由DDB Driver執(zhí)行得到結(jié)果。 私有云模式:基于網(wǎng)易私有云開發(fā)的一套平臺化管理工具Cloudadmin, 將DDB原先Master的功能打散,一部分分庫相關(guān)功能集成到proxy中,如分庫管理、表管理、用戶管理等,一部分中心化功能集成到Cloudadmin中,如報警監(jiān)控,此外,Cloudadmin中提供了一鍵部署、自動和手動備份,版本管理等平臺化功能。

數(shù)據(jù)增量訂閱與消費

基于數(shù)據(jù)庫增量日志解析,提供增量數(shù)據(jù)訂閱&消費,目前主要支持了mysql.
有關(guān)數(shù)據(jù)增量訂閱與消費的中間件回顧一下:

增量訂閱和消費模塊應(yīng)當(dāng)包括binlog日志抓取,binlog日志解析,事件分發(fā)過濾(EventSink),存儲(EventStore)等主要模塊。 如果需要確保HA可以采用Zookeeper保存各個子模塊的狀態(tài),讓整個增量訂閱和消費模塊實現(xiàn)無狀態(tài)化,當(dāng)然作為consumer(客戶端)的狀態(tài)也可以保存在zk之中。 整體上通過一個Manager System進行集中管理,分配資源。

Canal

Canal架構(gòu)圖:

說明:

server代表一個canal運行實例,對應(yīng)于一個jvm instance對應(yīng)于一個數(shù)據(jù)隊列 (1個server對應(yīng)1..n個instance)

instance模塊:

eventParser (數(shù)據(jù)源接入,模擬slave協(xié)議和master進行交互,協(xié)議解析) eventSink (Parser和Store鏈接器,進行數(shù)據(jù)過濾,加工,分發(fā)的工作) eventStore (數(shù)據(jù)存儲) metaManager (增量訂閱&消費信息管理器)

說明:一臺機器下部署一個canal,一個canal可以運行多個instance(通過配置destinations等), 一般情況下一個client連接一個instance(每個instance可以配置standby功能), 可以多個client連接同一個instance,但是同一時刻只能有一個client消費instance的數(shù)據(jù),這個通過zookeeper控制。


數(shù)據(jù)庫同步

Otter

背景:alibaba B2B因為業(yè)務(wù)的特性,賣家主要集中在國內(nèi),買家主要集中在國外,所以衍生出了杭州和美國異地機房的需求,同時為了提升用戶體驗,整個機房的架構(gòu)為雙A,兩邊均可寫,由此誕生了otter這樣一個產(chǎn)品。

otter第一版本可追溯到04~05年,此次外部開源的版本為第4版,開發(fā)時間從2011年7月份一直持續(xù)到現(xiàn)在,目前阿里巴巴B2B內(nèi)部的本地/異地機房的同步需求基本全上了otter4。

基于數(shù)據(jù)庫增量日志解析,準(zhǔn)實時同步到本地機房或異地機房的mysql/oracle數(shù)據(jù)庫,一個分布式數(shù)據(jù)庫同步系統(tǒng)。

工作原理

原理描述

基于Canal開源產(chǎn)品,獲取數(shù)據(jù)庫增量日志數(shù)據(jù)。 典型管理系統(tǒng)架構(gòu),manager(Web管理)+node(工作節(jié)點)
manager運行時推送同步配置到node節(jié)點 node節(jié)點將同步狀態(tài)反饋到manager上 基于zookeeper,解決分布式狀態(tài)調(diào)度的,允許多node節(jié)點之間協(xié)同工作。

Otter的作用

異構(gòu)庫
mysql->mysql、oracle. (目前開原版只支持mysql增量,目標(biāo)庫可以是mysql或者oracle,取決于canal的功能) 單機房同步(數(shù)據(jù)庫之間RTT(Round-Trip Time)<>
數(shù)據(jù)庫版本升級 數(shù)據(jù)表遷移 異步二級索引 跨機房同步(比如阿里巴巴國際站就是杭州和美國機房的數(shù)據(jù)庫同步,RTT>200ms)
機房容災(zāi) 雙向同步
避免回環(huán)算法(通用的解決方案,支持大部分關(guān)系型數(shù)據(jù)庫) 數(shù)據(jù)一致性算法(保證雙A機房模式下,數(shù)據(jù)保證最終一直性) 文件同步
站點鏡像(進行數(shù)據(jù)復(fù)制的同時,復(fù)制關(guān)聯(lián)的圖片,比如復(fù)制產(chǎn)品數(shù)據(jù),同事復(fù)制產(chǎn)品圖片)

單機房復(fù)制示意圖

說明:
- 數(shù)據(jù)On-Fly, 盡可能不落地,更快的進行數(shù)據(jù)同步。(開啟node load balance算法, 如果Node節(jié)點S+ETL落在不同的Node上,數(shù)據(jù)會有個網(wǎng)絡(luò)傳輸過程)
- node節(jié)點可以有failover/loadBalancer.

SETL

S: Select
為解決數(shù)據(jù)來源的差異性,比如接入canal獲取增量數(shù)據(jù),也可以接入其他系統(tǒng)獲取其他數(shù)據(jù)等。

E: Extract

T: Transform

L: Load

類似于數(shù)據(jù)倉庫的ETL模型,具體可為數(shù)據(jù)join,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化,數(shù)據(jù)加載。

跨機房復(fù)制示意圖

數(shù)據(jù)涉及網(wǎng)絡(luò)傳輸,S/E/T/L幾個階段會分散在2個或者更多Node節(jié)點上,多個Node之間通過zookeeper進行協(xié)同工作(一般是Select和Extract在一個機房的Node, Transform/Load落在另一個機房的Node)
node節(jié)點可以有failover/loadBalancer。(每個機房的Node節(jié)點,都可以是集群,一臺或者多臺機器)

More:

Otter調(diào)度模型:batch處理+雙節(jié)點部署。 Otter數(shù)據(jù)入庫算法 Otter雙向回環(huán)控制 Otter數(shù)據(jù)一致性 Otter高可用性 Otter擴展性

異地雙活數(shù)據(jù)架構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施DRC

所謂DRC,就是Data Replication Center的縮寫,數(shù)據(jù)復(fù)制中心。這種復(fù)制是同步的,支持異構(gòu)的,高可用的(有嚴(yán)格容災(zāi)系統(tǒng),實時性好),支持訂閱分發(fā)的。項目期初是為了淘寶異地容災(zāi)而成立的,用于數(shù)據(jù)庫之間主備同步,后來采用這套技術(shù)方案衍生出了DRC-TAIR, DRC-DUMP等項目。

所謂異地雙活主要關(guān)注兩件事,一個數(shù)據(jù)同步,一個數(shù)據(jù)分發(fā)。

到底怎樣的應(yīng)用會需要異地的雙活?比較常見的場景有三個:

兩個地域或多個地域都有大量用戶的場景,比如在中國的用戶希望他們用杭州的RDS服務(wù),在美國的用戶用美國的RDS服務(wù),這就需要數(shù)據(jù)在異地同步。很多游戲,金融,傳媒,電商業(yè)務(wù)都有這種需求。滿足這個需求的難點在于跨地域的網(wǎng)絡(luò),比如網(wǎng)絡(luò)延時長,丟包多,而且數(shù)據(jù)在公網(wǎng)傳輸會有數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險。 數(shù)據(jù)來源較多,需要介入各種異構(gòu)數(shù)據(jù)的場景。比如一個應(yīng)用需要從ODPS, RDS, OTS, OceanBase, PostgreSQL這幾個服務(wù)介入數(shù)據(jù),他們的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和接口都不同,這種接入的成本會比較高。因此另一個可用的方法是數(shù)據(jù)寫入的時候就一份多謝為不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 下游訂閱很多的情況,比如一份數(shù)據(jù),備份系統(tǒng)、通知系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、索引系統(tǒng)等等都要來取,如果用上面一份數(shù)據(jù)多寫的方案是可以應(yīng)對的,但這里還有其他難點,就是數(shù)據(jù)一致性、可擴展性、跨網(wǎng)同步穩(wěn)定性、以及同步的實時性。

DRC支持讀取集團MySQL, RDS, OceanBase, HBase, Oracle等多種不同的數(shù)據(jù)源的實時增量數(shù)據(jù),支持寫入數(shù)據(jù)庫、MetaQ, ODPS等多種存儲媒介.

以前在一個城市做雙機房主備,兩個機房是數(shù)據(jù)對等的,寫入是隨機分布,然后通過主備HA進行數(shù)據(jù)同步。這樣機房對等的思路會導(dǎo)致業(yè)務(wù)增長、數(shù)據(jù)增長只能通過兩個機房不停堆機器來解決。另一方面,如果整個城市斷電,那么雙活就成了雙死。下一個思路是做跨城市,早期常用的做法是一個城市寫,另一個城市冷備,就是晚上做同步,但這就意味著白天如果發(fā)生了什么事兒,這一天的數(shù)據(jù)就比較危險。另一個思路是兩個城市多寫,數(shù)據(jù)落兩邊,這樣的問題是應(yīng)用調(diào)用次數(shù)頻繁的話,如果調(diào)用異地數(shù)據(jù)多來那么一兩次,整個應(yīng)用的延時就很長。這個思路再進一步發(fā)展,就是做單元內(nèi)封閉以減少異地調(diào)用,這就涉及到業(yè)務(wù)上的改造。

順著這個思路,阿里的異地雙活重點做了幾件事。一個是熱插拔,可以做到在業(yè)務(wù)高峰時增加節(jié)點,高峰過了把增加的節(jié)點關(guān)閉。做到這個的一個關(guān)鍵是流量實時切換 ,DRC可以在20秒以內(nèi)把一個單元(region)的流量遷移到另一個單元。另一個是數(shù)據(jù)實時恢復(fù),就是通過一定的冗余設(shè)計,一旦一個單元掛掉了,可以在另一個單元做全量恢復(fù)。

異地多活在數(shù)據(jù)方面的挑戰(zhàn)是非常大的。雙十一期間,交易會激增,所以交易鏈路做了單元化。交易鏈路的數(shù)據(jù)分為三個維度:買家、賣家、商品。買家之間通常沒有太多交叉,天然的適應(yīng)這種隔離,而且賣家對延遲的敏感度非常高,所以按照賣家維度切分,在單元內(nèi)封閉,而賣家和商品都是在中心寫入。

數(shù)據(jù)方面的兩個核心要求:

一致性,要求賣家和商品一致,單元和中心一致,也就是數(shù)據(jù)同步不能丟數(shù)據(jù),不能錯數(shù)據(jù),還要保證事務(wù)。 實時性,需要做到秒級別的延遲。

雙單元的同步架構(gòu)有兩種:
一種是讀寫分離的方式,中心寫,單元讀。單元需要的數(shù)據(jù)如果沒有從中心及時同步過來,或者同步錯了,那有問題這段時間的交易會全部收到影響。這里的核心是,保證秒級延遲,同時保證一致性。(JD的多中心交易系統(tǒng)就采用了這種方式)

第二種同步架構(gòu)是單元封閉的方式。中心和單元各有寫入,我們通過冗余是的中心和單元隨時可以各自接管。(類似Otter)

這里的關(guān)鍵是:

避免循環(huán)復(fù)制:通過在DB透傳打標(biāo)事務(wù)的方式實現(xiàn)。 限流:峰值的壓力,我們單元化本來就選取了流量激增業(yè)務(wù),兩邊都實時同步100%全量數(shù)據(jù),峰值對每個系統(tǒng)的壓力有增無減。DRC的store和congo都可以根據(jù)TPS或者流量限流。限速算法的核心思想分為批量采樣,獎懲時間,平滑變速。

Otter與DRC的區(qū)別:
- Otter是阿里B2B的產(chǎn)品,DRC是阿里技術(shù)保障團隊的產(chǎn)品
- Otter是針對MySQL的,DRC可以支持多種類型的數(shù)據(jù)源
- DRC從業(yè)務(wù)上進行了劃分,可以實現(xiàn)單元內(nèi)封閉,Otter的實現(xiàn)不涉及業(yè)務(wù),而是在純數(shù)據(jù)庫層打通的技術(shù)
- Otter是雙寫,DRC是中心寫、分中心讀,或者都部分寫,相互同步。
- Otter所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較DRC差,解決一致性問題也較復(fù)雜(基于trusted source的單向環(huán)回的補救,基于時間交集的補救),DRC有兩種實現(xiàn)方式,具體參考上面。

異地多活中DRC的核心能力就是在低延遲,一致性和高可用。

一致性:基于日志流式抓取、回放庫表結(jié)構(gòu)變更、基于事務(wù)的沖突檢測。 低延遲:最大延遲不超過1s, 消息協(xié)議優(yōu)化,三級數(shù)據(jù)存儲,預(yù)讀優(yōu)化IO, 多連接復(fù)用和傳輸壓縮,高效的并發(fā)復(fù)制算法。 高可用:主備切換,拓?fù)渥兓奶?,多維度容災(zāi)。

JD多中心交易系統(tǒng)

JD. 多中心交易系統(tǒng)。

JD數(shù)據(jù)復(fù)制中間件考察和借鑒了開源社區(qū)的實現(xiàn),例如Databus、Canal/Otter、OpenReplicator等,解析部分使用了Canal的DBSync。

多中心交易本質(zhì)上是一個更大的分布式系統(tǒng),交易流程中依賴和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和服務(wù)有不同的特點,必然涉及到數(shù)據(jù)分區(qū)、路由、復(fù)制、讀寫一致性、延遲等分布式領(lǐng)域的常見問題。

其中,數(shù)據(jù)一致性是電商網(wǎng)站需要面臨的首要問題,越是流量增大的時候越要保證數(shù)據(jù)更新的即時性和準(zhǔn)確性。在多中心之間需要同步賣家數(shù)據(jù)和商品數(shù)據(jù),如果同步的延時太長,買家、賣家都不可接受。比如,賣家改了價格或庫存,用戶不能過很久才看到。同樣,數(shù)據(jù)正確性也是很大的挑戰(zhàn),賣掉的商品能夠及時減少,退貨的商品能夠及時增加。這都時刻考驗著后端系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫平臺的健壯性。

除了數(shù)據(jù)一致性之外,如何保證路由規(guī)則的一致性也是關(guān)鍵性的問題。從技術(shù)角度來說,要保障單一用戶從登錄到訪問服務(wù)、到訪問數(shù)據(jù)庫,全鏈路的路由規(guī)則都是完全一致的。如果路由錯誤,看到的數(shù)據(jù)不正確,也會影響到最終用戶的體驗。

架構(gòu)

系統(tǒng)包括一個主中心和多個分中心,主中心與分中心之間通過數(shù)據(jù)總線交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)流向中,主數(shù)據(jù)(商品數(shù)據(jù)、商家數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等)的流向從主中心通過數(shù)據(jù)總線實時同步到分中心,分中心只讀;而交易數(shù)據(jù)(訂單數(shù)據(jù))的流向從分中心實時同步到主中心;在故障時,會從分中心轉(zhuǎn)移到主中心。

在這個系統(tǒng)中,有多處體現(xiàn)分流的概念。首先,買家訪問京東網(wǎng)站下單時,會被優(yōu)先分流到附近的交易中心;其次,根據(jù)交易系統(tǒng)的特點,接單前(包括購物車、結(jié)算頁等),多中心交易按用戶維度分流,如下圖所示。用戶登錄時,查詢用戶與區(qū)域的映射關(guān)系表(類似你是哪個片區(qū)的),標(biāo)識此用戶屬于哪個分中心,并保存標(biāo)識到cookie中,然后將用戶路由到指定的分中心。用戶訪問其他系統(tǒng),如購物車和結(jié)算頁時,從cookie中讀取標(biāo)識,重定向到相應(yīng)分中心頁面。

通過分流,將用戶分配到相應(yīng)的分中心,一方面響應(yīng)速度快,用戶體驗更好,不用跨地域訪問數(shù)據(jù)中心了;另一方面,每個中心服務(wù)一定數(shù)量的用戶,水平擴展性好,也能支撐更大的交易規(guī)模了。當(dāng)然,多數(shù)據(jù)中心不能盲目干活,還考慮到容災(zāi)備份的問題。(支付寶光纖事件)

交易系統(tǒng)包括應(yīng)用和數(shù)據(jù)部分,應(yīng)用部分是無狀態(tài)的,就是說,這些工作是無差別的,一臺服務(wù)器出問題,我換一臺服務(wù)器來處理就是了,較容易實現(xiàn)多機房多活。但是數(shù)據(jù)不一樣,多中心交易本質(zhì)上是一個更大的分布式系統(tǒng),必然涉及到數(shù)據(jù)分區(qū)、路由、復(fù)制、讀寫一致性、延遲等分布式領(lǐng)域的常見問題。

另外,交易流程中依賴和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和服務(wù)有不同的特點。比如商品、促銷和價格、庫存的讀服務(wù),我們可以將之稱為基礎(chǔ)主數(shù)據(jù),它們在用戶下單流程中是無法分區(qū)的,否則無法實現(xiàn)單機房內(nèi)流量閉環(huán),也就是說,不能因為分區(qū)數(shù)據(jù)的不一致,導(dǎo)致同一用戶在單一流程中看到不同的數(shù)據(jù)(假如你加入購物車時是促銷20塊,結(jié)賬是25塊,你會不會表情扭曲?)而商品、促銷和價格的寫服務(wù),是給采銷、第三方POP商家應(yīng)用調(diào)用的,這種業(yè)務(wù)場景的可用性目標(biāo),主機房部署和冷備模式即可滿足,而且業(yè)務(wù)人員的操作流程會抵消寫復(fù)制延遲。

簡單來說,數(shù)據(jù)的問題表現(xiàn)在以下幾個方面:一、 如何保證數(shù)據(jù)的即時性和準(zhǔn)確性,多中心之間需要同步賣家數(shù)據(jù)和商品數(shù)據(jù),如果同步的延時太長,買家、賣家都不可接受,由于是異地部署,最好延時能控制在1秒內(nèi)。比如,賣家改了價格或庫存,用戶不能過很久才看到。同樣,數(shù)據(jù)正確性也是很大的挑戰(zhàn),因為數(shù)據(jù)故障跟應(yīng)用層故障不一樣,應(yīng)用出故障了,可能只影響用戶訪問;數(shù)據(jù)寫錯了無法恢復(fù)。2、如何保證路由規(guī)則的一致性,要保障這個用戶從進來到訪問服務(wù),到訪問數(shù)據(jù)庫,全鏈路的路由規(guī)則都是完全一致的;如果路由錯誤,看到的數(shù)據(jù)不正確。

從同城雙機房的分布轉(zhuǎn)變?yōu)楫惖囟鄼C房的分布,給數(shù)據(jù)同步帶來了新的挑戰(zhàn),因此如何設(shè)計數(shù)據(jù)總線也是項目能否實現(xiàn)的關(guān)鍵因素。京東的多中心交易系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線JingoBus進行快速數(shù)據(jù)交換,同步性能是mysql的3倍以上,而且可用性高,架構(gòu)靈活。其中,全新的總線設(shè)計解決了多中心交易跨機房的數(shù)據(jù)庫復(fù)制和多數(shù)據(jù)源間的數(shù)據(jù)異構(gòu)同步等難題,實現(xiàn)了高性能、低延時、健壯的數(shù)據(jù)同步機制。

如圖所示,數(shù)據(jù)總線主要分Relay、Snapshot和Replicator三部分構(gòu)成,其中Relay從來源數(shù)據(jù)庫抽取事務(wù)日志,并對Replicator提供日志訂閱服務(wù),角色上相當(dāng)于Mysql Slave IO Thread。Snapshot從Relay訂閱所有事務(wù)日志,寫入持久存儲作為快照,同時向Replicator提供批量日志訂閱服務(wù),角色上相當(dāng)于Mysql Slave Relay Log。Replicator:事務(wù)日志的消費端,從Relay或Snapshot拉取事務(wù)日志將事務(wù)日志按配置的一致性應(yīng)用到目標(biāo)數(shù)據(jù)庫,角色上相當(dāng)于Mysql Slave SQL Thread。(參考下面MySQL主備復(fù)制原理圖)

正常情況下,Replicator直接連接Relay,消費Relay內(nèi)存隊列中的事務(wù)日志。但有些情況下,因為網(wǎng)絡(luò)抖動、目標(biāo)庫的負(fù)載過高等因素,可能導(dǎo)致Replicator相對Relay落后很多。另外,當(dāng)新的消費端加入同一數(shù)據(jù)源的訂閱者時,新消費端有冷啟動的問題。為了避免重新從數(shù)據(jù)源做全量快照,Snapshot作為Relay的一個特殊消費端,通過一種高吞吐的消費方式,從Relay源源不斷的消費在線事務(wù)日志,通過對事務(wù)日志的有效處理,最終保存了數(shù)據(jù)源的一份一致快照(Consistent Snapshot),即包括了數(shù)據(jù)源庫表中每一行的最新狀態(tài)的快照,同時保留了一段比Relay buffer更舊的事務(wù)日志(Log Store)。由此看來,數(shù)據(jù)總線作為一個數(shù)據(jù)層的通用CDC組件,對于多中心交易項目以及異步復(fù)制場景提供了整體解決方案,奠定了項目的核心內(nèi)容。


跨數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)源)遷移

yugong

去Oracle數(shù)據(jù)遷移同步工具。定位:數(shù)據(jù)庫遷移(目前主要支持Oracle->mysql/DRDS)

08年左右,阿里巴巴開始嘗試MySQL的相關(guān)研究,并開發(fā)了基于MySQL分庫分表技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)品,Cobar/TDDL(目前為阿里云DRDS產(chǎn)品),解決了單機Oracle無法滿足的擴展性問題,當(dāng)時也掀起一股去IOE項目的浪潮,愚公這項目因此而誕生,其要解決的目標(biāo)就是幫助用戶完成從Oracle數(shù)據(jù)遷移到MySQL上,完成去IOE的第一步.

概述

整個數(shù)據(jù)遷移過程,分為兩個部分:

全量遷移 增量遷移

過程描述:

增量數(shù)據(jù)收集(創(chuàng)建Oracle表的增量物化視圖) 進行全量復(fù)制 進行增量復(fù)制(可并行進行數(shù)據(jù)校驗) 原庫停寫,切換到新庫

Oracle全量基于JDBC拉取數(shù)據(jù),增量基于物化視圖來實現(xiàn)。

架構(gòu)

說明:

一個JVM Container 對應(yīng)多個instance,每個instance對應(yīng)于一張表的遷移任務(wù) instance分為三部分
extractor (從數(shù)據(jù)源庫上提取數(shù)據(jù),可分為全量/增量實現(xiàn)) translator (將源庫上的數(shù)據(jù)按照目標(biāo)庫的需求進行自定義轉(zhuǎn)化) applier(將數(shù)據(jù)更新到目標(biāo)庫,可分為全量/增量/對比的實現(xiàn))

自定義數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

如果要遷移的Oracle和mysql的表結(jié)構(gòu)不同,比如表名,字段名有差異,字段類型不兼容,需要使用自定義數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。如果完全相同則可以跳過。

整個數(shù)據(jù)流為:DB->Extractor->DataTranslator->Applier->DB, 本程序預(yù)留DataTranslator接口(僅支持Java),允許外部用戶自定義數(shù)據(jù)處理邏輯。比如:

表名不同 字段名不同 字段類型不同 字段個數(shù)不同 運行過程join其他表的數(shù)據(jù)做計算等

運行模式介紹

1.MARK模式(MARK)

開啟增量日志模式,如果是Oracle就是創(chuàng)建物化視圖(materialized view)。

2.CLEAR模式(CLEAR)

清理增量日志的幾率,如果是Oracle就是刪除物化視圖

3.全量模式(FULL)

全量模式,顧名思議即為對源表進行一次全量操作,遍歷源表所有的數(shù)據(jù)后,插入目標(biāo)表.

全量有兩種處理方式:

分頁處理:如果源表存在主鍵,只有一個主鍵字段,并且主鍵字段類型為Number類型,默認(rèn)會選擇該分頁處理模式. 優(yōu)點:支持?jǐn)帱c續(xù)做,對源庫壓力相對較小。 缺點:遷移速度慢 once處理:通過select * from訪問整個源表的某一個mvcc版本的數(shù)據(jù),通過cursor.next遍歷整個結(jié)果集. 優(yōu)點:遷移速度快,為分頁處理的5倍左右。 缺點:源庫壓力大,如果源庫并發(fā)修改量大,會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫MVCC版本過多,出現(xiàn)棧錯誤. 還有就是不支持?jǐn)帱c續(xù)做.

4.增量模式(INC)

全量模式,顧名思議即為對源表增量變化的數(shù)據(jù)插入目標(biāo)表,增量模式依賴記錄日志功能.

目前增量模式的記錄日志功能,是通過oracle的物化視圖功能。

5.自動模式(ALL)

自動模式,是對全量+增量模式的一種組合,自動化運行,減少操作成本.

自動模式的內(nèi)部實現(xiàn)步驟:

開啟記錄日志功能. (創(chuàng)建物化視圖) 運行全量同步模式. (全量完成后,自動進入下一步) 運行增量同步模式. (增量模式,沒有完成的概念,所以也就不會自動退出,需要業(yè)務(wù)判斷是否可以退出,可以看一下切換流程)

6.對比模式(CHECK)

對比模式,即為對源庫和目標(biāo)庫的數(shù)據(jù)進行一次全量對比,驗證一下遷移結(jié)果. 對比模式為一種可選運行,做完全量/增量/自動模式后,可選擇性的運行對比模式,來確保本次遷移的正確性.

DataX

DataX是一個在異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫/文件系統(tǒng)之間高速交換數(shù)據(jù)的工具,實現(xiàn)了在任意的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(RDBMS/Hdfs/Local filesystem)之間的數(shù)據(jù)交換。

目前成熟的數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出工具比較多,但是一般都只能用于數(shù)據(jù)導(dǎo)入或者導(dǎo)出,并且只能支持一個或者幾個特定類型的數(shù)據(jù)庫。

這樣帶來的一個問題是,如果我們擁有很多不同類型的數(shù)據(jù)庫/文件系統(tǒng)(Mysql/Oracle/Rac/Hive/Other…),并且經(jīng)常需要在它們之間導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù),那么我們可能需要開發(fā)/維護/學(xué)習(xí)使用一批這樣的工具(jdbcdump/dbloader/multithread/getmerge+sqlloader/mysqldumper…)。而且以后每增加一種庫類型,我們需要的工具數(shù)目將線性增長。(當(dāng)我們需要將mysql的數(shù)據(jù)導(dǎo)入oracle的時候,有沒有過想從jdbcdump和dbloader上各掰下來一半拼在一起到?jīng)_動?)這些工具有些使用文件中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù),有些使用管道,不同程度的為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)帶來額外開銷,效率差別很非常大。很多工具也無法滿足ETL任務(wù)中常見的需求,比如日期格式轉(zhuǎn)化,特性字符的轉(zhuǎn)化,編碼轉(zhuǎn)換。另外,有些時候,我們希望在一個很短的時間窗口內(nèi),將一份數(shù)據(jù)從一個數(shù)據(jù)庫同時導(dǎo)出到多個不同類型的數(shù)據(jù)庫。DataX正是為了解決這些問題而生。

左圖:新增第n+1個數(shù)據(jù)源,是不是需要開發(fā)n個數(shù)據(jù)同步工具? 右圖:只需要針對新增的數(shù)據(jù)源開發(fā)一套Reader/Writer插件,即可實現(xiàn)任意數(shù)據(jù)的互導(dǎo)。

設(shè)計理念

為了解決異構(gòu)數(shù)據(jù)源同步問題,DataX將復(fù)雜的網(wǎng)狀的同步鏈路變成了星型數(shù)據(jù)鏈路,DataX作為中間傳輸載體負(fù)責(zé)連接各種數(shù)據(jù)源。當(dāng)需要接入一個新的數(shù)據(jù)源的時候,只需要將此數(shù)據(jù)源對接到DataX,便能跟已有的數(shù)據(jù)源做到無縫數(shù)據(jù)同步。

DataX在阿里巴巴集團內(nèi)被廣泛使用,承擔(dān)了所有大數(shù)據(jù)的離線同步業(yè)務(wù),并已持續(xù)穩(wěn)定運行了6年之久。目前每天完成同步8w多道作業(yè),每日傳輸數(shù)據(jù)量超過300TB。

框架設(shè)計

DataX本身作為離線數(shù)據(jù)同步框架,采用Framework+plugin架構(gòu)構(gòu)建。將數(shù)據(jù)源讀取和寫入抽象稱為Reader/Writer插件,納入到整個同步框架中。

Reader: Reader為數(shù)據(jù)采集模塊,負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)發(fā)送給Framework. Writer:Writer為數(shù)據(jù)寫入模塊,負(fù)責(zé)不斷向Framework取數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)寫入到目的端 Framework:Framework用于連接reader和writer,作為兩者的數(shù)據(jù)傳輸通道,并處理緩存,流控,并發(fā),數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等核心技術(shù)問題。

DataX框架內(nèi)部通過雙緩沖隊列、線程池封裝等技術(shù),集中處理了高速數(shù)據(jù)交換遇到的問題,提供簡單的接口與插件交互,插件分為Reader和Writer兩類,基于框架提供的插件接口,可以十分便捷的開發(fā)出需要的插件。比如想要從oracle導(dǎo)出數(shù)據(jù)到mysql,那么需要做的就是開發(fā)出OracleReader和MysqlWriter插件,裝配到框架上即可。并且這樣的插件一般情況下在其他數(shù)據(jù)交換場合是可以通用的。

核心架構(gòu)

DataX3.0 開源版本支持單機多線程模式完成同步作業(yè)運行,這里按一個DataX作業(yè)生命周期的時序圖,從整體架構(gòu)設(shè)計非常簡要說明DataX各個模塊相互關(guān)系。

核心模塊介紹:

DataX完成單個數(shù)據(jù)同步的作業(yè),我們稱之為Job,DataX接受到一個Job之后,將啟動一個進程來完成整個作業(yè)同步過程。DataX Job模塊是單個作業(yè)的中樞管理節(jié)點,承擔(dān)了數(shù)據(jù)清理、子任務(wù)切分(將單一作業(yè)計算轉(zhuǎn)化為多個子Task)、TaskGroup管理等功能。 DataXJob啟動后,會根據(jù)不同的源端切分策略,將Job切分成多個小的Task(子任務(wù)),以便于并發(fā)執(zhí)行。Task便是DataX作業(yè)的最小單元,每一個Task都會負(fù)責(zé)一部分?jǐn)?shù)據(jù)的同步工作。 切分多個Task之后,DataX Job會調(diào)用Scheduler模塊,根據(jù)配置的并發(fā)數(shù)據(jù)量,將拆分成的Task重新組合,組裝成TaskGroup(任務(wù)組)。每一個TaskGroup負(fù)責(zé)以一定的并發(fā)運行完畢分配好的所有Task,默認(rèn)單個任務(wù)組的并發(fā)數(shù)量為5。 每一個Task都由TaskGroup負(fù)責(zé)啟動,Task啟動后,會固定啟動Reader—>Channel—>Writer的線程來完成任務(wù)同步工作。 DataX作業(yè)運行起來之后, Job監(jiān)控并等待多個TaskGroup模塊任務(wù)完成,等待所有TaskGroup任務(wù)完成后Job成功退出。否則,異常退出,進程退出值非0。

DataX調(diào)度流程:

舉例來說,用戶提交了一個DataX作業(yè),并且配置了20個并發(fā),目的是將一個100張分表的mysql數(shù)據(jù)同步到odps里面。 DataX的調(diào)度決策思路是:
1. DataXJob根據(jù)分庫分表切分成了100個Task。
2. 根據(jù)20個并發(fā),DataX計算共需要分配4個TaskGroup。
3. 4個TaskGroup平分切分好的100個Task,每一個TaskGroup負(fù)責(zé)以5個并發(fā)共計運行25個Task。

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