分布式系统常用设计

一、全局ID

分布式环境数据库可以拆分,单个表的自增ID只能保证该表唯一,会在数据合并、迁移时候引发ID冲突问题,基本无解;
常见方案:
1、UUID
好处:API简单
坏处:占用空间大、可读性差;
2、ID生成表
集中的id生产表,典型Flicker案例,利用集中的一个表生产自增ID再分配,为保证高可用,设置两台机器,从不同起始值和步长来生产奇偶数ID;
缺点:使用了Mysql独特的语法Replace into;
3、Snowflake
Twitter把存储系统从Mysql迁移到Cassandra过程中由于Cassandra没有顺序的ID生产机制,而开发的一套全局ID生产服务;
41位时间序列+10位机器标识+12位计数顺序号;
4、结合缓存的方案
对ID生产表方案的扩展,取一定数进行缓存到本地缓存中;
优点:高性能,低延迟;
缺点:ID不连贯;
5、UidGenerator
百度开源的一个分布式ID服务,基于Snowflake算法的唯一ID生成器,进行了改良;

二、哈希取模

哈希是最常见的数据分布方式,可以用业务ID或者key,通过hash计算求余,余数作为处理该数据的服务器编号;
好处:算法简单,
缺点:id不均匀,会出现数据分布倾斜,另外节点扩容,数据迁移麻烦;
扩容问题:
新增的节点如果是缓存服务,那么会命中不了,数据库数据也是一样;解决方案是预设足够多的逻辑库,随着物理负载增加,做逻辑库和新增物理库的替换即可,相当于在应用和物理数据库间增加了一层映射关系;

三、一致性哈希

主要解决单调和分散性问题,单调性保证原有已分配的内容可以被映射到原有缓冲中去,避免节点增减过程中不能命中;
虚拟节点位解决均匀的分布节点和数据到一致性哈希值域环上,解决平衡性问题,使得所哟缓冲空间得到利用;

四、路由表

在需要全局计算的场景,比如抽奖,每个预算分片中的额度是一定的,各个预算分片都记录在路由表中,在高并发情况下比较对热点记录进行拆分到不同逻辑数据库中,由路由表识别哪些是否用完预算,无预算则不再路由。
缺点:路由数据是集中管理的,存在单点风险,规模小或者有备份机制则可行;

五、分库分表

1、分表
单表数据量大到500万甚至1000万时候,sql性能会下降,保证单个表数据量可控,提高SQL性能;
2、分库
一个库一般我们经验而言,最多支撑到并发 2000,一定要扩容了,而且一个健康的单库并发值你最好保持在每秒 1000 左右,不要太大。那么你可以将一个库的数据拆分到多个库中,访问的时候就访问一个库好了。
3、常用中间件:

cobar、TDDL、atlas、mycat、sharding-jdbc

sharding-jdbc 目前推出到了 2.0 版本,支持分库分表、读写分离、分布式 id 生成、柔性事务(最大努力送达型事务、TCC 事务)。
sharding-jdbc 这种 client 层方案的优点在于不用部署,运维成本低,不需要代理层的二次转发请求,性能很高,但是如果遇到升级啥的需要各个系统都重新升级版本再发布,各个系统都需要耦合 sharding-jdbc 的依赖;
mycat 这种 proxy 层方案的缺点在于需要部署,自己运维一套中间件,运维成本高,但是好处在于对于各个项目是透明的,如果遇到升级之类的都是自己中间件那里搞就行了。
4、拆分策略
可以进行垂直分,也可以进行水平分,垂直拆比如一个大表拆成订单表、订单支付表,订单商品表,水平拆分则各个表结构一致,数据不一样,合起来为原来的表的全量数据;

参考:

1、《深入分布式缓存从原理到实践》
2、分库分表技术演进暨最佳实践 https://www.jianshu.com/p/f29e73b97794
3、UidGenerator:百度开源的分布式ID服务 https://www.jianshu.com/p/5509cc1b9a94

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