System Design 关系型数据库的扩展 - 学习笔记

引用：
系统设计入门

主从复制

主从复制

主库同时负责读取和写入操作，并复制写入到一个或多个从库中，从库只负责读操作。
树状形式的从库再将写入复制到更多的从库中去。 如果主库离线，系统可以以只读模式运行，直到某个从库被提升为主库或有新的主库出现。

缺点：

• 将从库提升为主库需要额外的逻辑。

主主复制

主主复制

两个主库都负责读操作和写操作，写入操作时互相协调。如果其中一个主库挂机，系统可以继续读取和写入。

缺点：

• 你需要添加负载均衡器或者在应用逻辑中做改动，来确定写入哪一个数据库。
• 多数主-主系统要么不能保证一致性（违反 ACID），要么因为同步产生了写入延迟。
• 随着更多写入节点的加入和延迟的提高，如何解决冲突显得越发重要。

主从复制和主主复制共同的问题

• 如果主库在将新写入的数据复制到其他节点前挂掉，则有数据丢失的可能。
• 副本可能因为过多写操作阻塞住，导致读取功能异常。
• 读取从库越多，需要复制的写入数据就越多，导致更严重的复制延迟。
• 在某些数据库系统中，写入主库的操作可以用多个线程并行写入，但读取副本只支持单线程顺序地写入。
• 复制意味着更多的硬件和额外的复杂度。

联合

联合（或按功能划分）将数据库按对应功能分割。
例如，你可以有三个数据库：论坛、用户和产品，而不仅是一个单体数据库，从而减少每个数据库的读取和写入流量，减少复制延迟。
较小的数据库意味着更多适合放入内存的数据，进而意味着更高的缓存命中几率。没有只能串行写入的中心化主库，你可以并行写入，提高负载能力。

缺点：

• 如果你的数据库模式需要大量的功能和数据表，联合的效率并不好。
• 你需要更新应用程序的逻辑来确定要读取和写入哪个数据库。
• 从两个库联结数据更复杂。
• 联合需要更多的硬件和额外的复杂度。

分片

分片

分片将数据分配在不同的数据库上，使得每个数据库仅管理整个数据集的一个子集。
以用户数据库为例，随着用户数量的增加，越来越多的分片会被添加到集群中。

类似联合的优点，分片可以减少读取和写入流量，减少复制并提高缓存命中率。也减少了索引，通常意味着查询更快，性能更好。如果一个分片出问题，其他的仍能运行，你可以使用某种形式的冗余来防止数据丢失。类似联合，没有只能串行写入的中心化主库，你可以并行写入，提高负载能力。

常见的做法是用户姓氏的首字母或者用户的地理位置来分隔用户表。

缺点：

• 你需要修改应用程序的逻辑来实现分片，这会带来复杂的 SQL 查询。
• 分片不合理可能导致数据负载不均衡。例如，被频繁访问的用户数据会导致其所在分片的负载相对其他分片高。
• 再平衡会引入额外的复杂度。基于一致性哈希的分片算法可以减少这种情况。
• 联结多个分片的数据操作更复杂。
• 分片需要更多的硬件和额外的复杂度。

非规范化

非规范化试图以写入性能为代价来换取读取性能。在多个表中冗余数据副本，以避免高成本的联结操作。

在多数系统中，读取操作的频率远高于写入操作，比例可达到 100:1，甚至 1000:1。需要复杂的数据库联结的读取操作成本非常高，在磁盘操作上消耗了大量时间。

参见 细聊冗余表数据一致性 学习笔记

SQL调优

参见 MySQL 性能优化学习笔记
参见 MySQL 索引学习笔记