一、基本概念
概念一：单库
概念二：分片
分片解决的是“数据量太大”的问题，也就是通常说的“水平切分”。
一旦引入分片，势必有“数据路由”的概念，哪个数据访问哪个库。
路由规则的3种方法：
- 范围：range
- 优点：简单，容易扩展
- 缺点：各库压力不均（新号段更活跃）
- 哈希：hash
- 优点：简单，数据均衡，负载均匀
- 缺点：迁移麻烦（2库扩3库数据要迁移）
- 路由服务：router-config-server
- 优点：灵活性强，业务与路由算法解耦
- 缺点：每次访问数据库前多一次查询
大部分互联网公司采用的方案二：哈希分库，哈希路由
概念三：分组
分组解决“可用性”问题，分组通常通过主从复制的方式实现。
互联网公司数据库实际软件架构是：又分片，又分组
二、数据库架构设计思路
考虑以下四点：
- 如何保证数据可用性
- 如何提高数据库读性能（大部分应用读多写少，读会先成为瓶颈）
- 如何保证一致性
- 如何提高扩展性
2.1 如何保证数据的可用性？
解决可用性问题的思路是=>冗余
- 如何保证站点的可用性？复制站点，冗余站点
- 如何保证服务的可用性？复制服务，冗余服务
- 如何保证数据的可用性？复制数据，冗余数据
数据的冗余，会带来一个副作用=>引发一致性问题
如何保证数据库”读”高可用？
冗余读库
缺点：
- 读写有延迟，可能不一致
- 写仍然是单点，不能保证写高可用
如何保证数据库”写”高可用？
冗余写库
采用双主互备的方式，可以冗余写库
副作用？双写同步，数据可能冲突（例如“自增id”同步冲突）,如何解决同步冲突，有两种常见解决方案：
- 两个写库使用不同的初始值，相同的步长来增加id：1写库的id为0,2,4,6…；2写库的id为1,3,5,7…
- 不使用数据的id，业务层自己生成唯一的id，保证数据不冲突
58方案：双主当主从用
仍是双主，但只有一个主提供服务（读+写），另一个主是“shadow-master”，只用来保证高可用，平时不提供服务。master挂了，shadow-master顶上（vip漂移，对业务层透明，不需要人工介入）
好处：
- 读写没有延时
- 读写高可用
不足：
- 不能通过加从库的方式扩展读性能
- 资源利用率为50%，一台冗余主没有提供服务
2.2 如何扩展读性能？
建立索引
不同的库可以建立不同的索引。
- 写库不建立索引；
- 线上读库建立线上访问索引，例如uid；
- 线下读库建立线下访问索引，例如time；
增加从库
缺点：
- 从库越多，同步越慢
- 同步越慢，数据不一致窗口越大
58方案：增加缓存
常见缓存架构：
上游是业务应用，下游是从哭，从库（读写分离），缓存。
58玩法：服务+数据库+缓存一套
业务层不直接面向db和cache，服务层屏蔽了底层db、cache的复杂性
不管采用主从的方式扩展读性能，还是缓存的方式扩展读性能，数据都要复制多份
（主+从，db+cache），一定会引发一致性问题。
2.3 如何保证一致性？
主从数据库一致性
中间件
如果某一个key有写操作，在不一致时间窗口内，中间件会将这个key的读操作也路由到主库上。
缺点：数据库中间件的门槛较高
强制读主
58的“双主当主从用”的架构，不存在主从不一致的问题。
db与缓存间的不一致
常见的缓存架构如上，此时写操作的顺序是：
- 淘汰cache
- 写数据库
读操作的顺序是：
- 读cache，如果cache hit则返回
- 如果cache miss，则读从库
- 读从库后，将数据放回cache
在一些异常时序情况下，有可能从【从库读到旧数据（同步还没有完成），旧数据入cache后】，数据会长期不一致。
解决办法是“缓存双淘汰”，写操作时序升级为：
- 淘汰cache
- 写数据库
- 在经验“主从同步延时窗口时间”后，再次发起一个异步淘汰cache的请求
这样，即使有脏数据如cache，一个小的时间窗口之后，脏数据还是会被淘汰。带来的代价是，多引入一次读miss（成本可以忽略）。
建议为所有cache中的item设置一个超时时间。
2.4 如何提高数据库的扩展性？
原来用hash的方式路由，分为2个库，数据量还是太大，要分为3个库，势必需要进行数据迁移。
如何秒级扩容？
首先，我们不做2库变3库的扩容，我们做2库变4库（库加倍）的扩容（未来4->8->16）
服务+数据库是一套（省去了缓存），数据库采用“双主”的模式。
扩容步骤：
- 第一步，将一个主库提升
- 第二步，修改配置，2库变4库（原来MOD2，现在配置修改后MOD4），扩容完成
原MOD2为偶的部分，现在会MOD4余0或者2，原MOD2为奇的部分，现在会MOD4余1或者3
数据不需要迁移，同时，双主互相同步，一遍是余0，一边余2，两边数据同步也不会冲突，秒级完成扩容！
最后，要做一些收尾工作：
- 将旧的双主同步解除
- 增加新的双主（双主是保证可用性的，shadow-master平时不提供服务）
- 删除多余的数据（余0的主，可以将余2的数据删除掉）
