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设计原理：分区键抉择如何兼顾兼容性与性能
首先咱们方才提到，程度扩容第一个问题是数据如何进行拆分。因为数据拆分是第一步，这个会影响到后续整个应用过程。对 TDSQL 来说，数据拆分的逻辑放到一个创立表的语法外面。须要业务去指定 shardkey“等于某个字段”——业务在设计表构造时须要抉择一个字段作为分区键，这样的话 TDSQL 会依据这个分区键做数据的拆分，而拜访的话会依据分区键做数据的聚合。咱们是心愿业务在设计表构造的时候可能参加进来，指定一个字段作为 shardkey。这样一来，兼容性与性能都能做到很好的均衡。
其实咱们也能够做到用户创立表的时候不指定 shardkey，由咱们底层这边随机抉择一个键做数据的拆分，但这个会影响后续的应用效率，比方不能特地好地施展分布式数据库的使用性能。咱们认为，业务层如果在设计表构造时能有大量参加的话，能够带来十分大的性能劣势，让兼容性和性能失去均衡。除此之外，如果由业务来抉择 shardkey——分区键，在业务设计表构造的时候，咱们能够看到多个表，能够抉择相干的那一列作为 shardkey，这样能够保证数据拆分时，相干的数据是放在同一个节点上的，这样能够防止很多分布式状况下的跨节点的数据交互。
咱们在创立表的时候，分区表是咱们最罕用的，它把数据拆分到各个节点上。此外，其实咱们提供了另外两种——总共会提供三种类型的表，背地的次要思考是为了性能，就是说通过将 global 表这类数据是全量在各个节点上的表——一开始大家会看到，数据全量在各个节点上，就相当于是没有分布式的个性，没有程度拆分的个性，但其实这种表，咱们个别会用在数据量比拟小、改变比拟少的一些配置表中，通过数据的冗余来保障后续拜访，特地是在操作的时候可能尽量避免跨节点的数据交互。其余方面，shardkey 来说，咱们会依据 user 做一个 Hash，这个益处是咱们的数据会比拟平衡地散布在各个节点上，来保证数据不会有热点。
设计原理：扩容中的高可用和高可靠性
方才也提到，因为整个扩容过程的流程会比较复杂，那么整个扩容过程是否保障高可用或者高可靠性，以及对业务的感知是怎么样的，TDSQL 是怎么做的呢？
数据同步
第一步是数据同步阶段。假如咱们当初有两个 Set，而后咱们发现其中一个 SET 当初磁盘容量曾经比拟危险了，比方可能达到 80% 以上了，这个时候要对它进行扩容，咱们首先会新建一个实例，通过拷贝镜像，新建实例，新建同步关系。建设同步的过程对业务无感知，而这个过程是实时的同步。
数据校验
第二阶段，则是继续地追平数据，同时继续地进行数据校验。这个过程可能会继续一段时间，对于两个同步之间的延时差有限靠近时——比方咱们定一个 5 秒的阈值，当咱们发现曾经追到 5 秒之内时，这个时候咱们会进入第三个阶段——路由更新阶段。
路由更新
路由更新阶段当中，首先咱们会解冻写申请，这个时候如果业务有写过来的话，咱们会拒掉，让业务过两秒钟再重试，这个时候对业务其实是有秒级的影响。然而这个工夫会十分短，解冻写申请之后，第三个实例同步的时候很快就会发现数据全副追上来，并且校验也没问题，这个时候咱们会批改路由，同时进行相干原子操作，在底层做到存储层分区屏蔽，这样就能保障 SQL 接入层在如果路由来不及更新的时数据也不会写错。因为底层做了扭转，分区曾经屏蔽了。这样就能够保证数据的一致性。路由一旦更新好当前，第三个 SET 就能够接管用户的申请，这个时候大家能够发现，第一个 SET 和第三个 SET 因为建设了同步，所以它们两个是领有全量数据的。
删除冗余数据
最初一步则须要把这些冗余数据删掉。删冗余数据用的是提早删除，保障删除过程中能够缓缓删，也不会造成比拟大的 IO 稳定，影响现网的业务。整个删除过程中，咱们做了分区屏蔽，同时会在 SQL 引擎层会做 SQL 的改写，来保障当咱们在底层尽管有冗余数据，但用户来查的时候即便是一个全扫描，咱们也能保障不会多一些数据。
能够看到整个扩容流程，数据同步，还有校验和删除冗余这几个阶段，工夫消耗相对来说会比拟长，因为要建同步的话，如果数据量比拟大，整个拷贝镜像或者是追 binlog 这段时间绝对比拟长。然而这几个阶段对业务其实没有任何影响，业务基本就没感知到当初新加了一个同步关系。那么如果在建设同步关系时发现有问题，或者新建备机时出问题了，也齐全能够再换一个备机，或者是通过重试，这个对业务没有影响。路由更新阶段，实践上对业务写申请难以避免会造成秒级的影响，但咱们会将这个影响工夫窗口期管制在十分短，因为自身解冻写申请是须要保障同步曾经在 5 秒之内这样一个比拟小的阈值，同步到这个阶段当前，咱们能力发动路由更新操作。同时，咱们对存储层做了分区屏蔽来保障多个模块之间，如果有更新不同时也不会有数据错乱的问题。这是一个咱们如何保障扩容中的高可用跟高可靠性的，整个扩容对业务影响十分小的原理过程。
设计原理：分布式事务
方才讲的是扩容阶段大略的流程，以及 TDSQL 是如何解决问题的。接下来咱们再看扩容实现当前，如何解决方才说的程度扩容当前带来的问题。首先是分布式事务。
原子性、去中心化、性能线性增长
扩容当前，数据是跨节点了，零碎原本只有一个节点，当初跨节点的话，如何保证数据的原子性，这个咱们基于两阶段提交，而后实现了分布式事务。整个解决逻辑对业务来说是齐全屏蔽了背地的复杂性，对业务来说应用分布式数据库就跟应用单机 MySQL 一样。如果业务这条 SQL 只拜访一个节点，那用一般的事务就能够；如果发现用户的一条 SQL 或者一个事务操作了多个节点，咱们会用两阶段提交。到最初会通过记日志来保障整个分布式事务的原子性。同时咱们对整个分布式事务在实现过程中做到齐全去中心化，能够通过多个 SQL 来做 TM，性能也可实现线性增长。除此之外，咱们也做了大量的各种各样的异样验证机制，有十分强壮的异样解决和全局的试错机制，并且咱们也通过了 TPCC 的规范验证。
设计原理：如何实现扩容中性能线性增长
对于程度扩容来说，数据拆分到多个节点后次要带来两个问题：一个是方才说事务原子性的问题，这个通过分布式事务来解决；还有一个就是性能。
垂直扩容中个别是通过更换更好的 CPU 或者相似的办法，来实现性能线性减少。程度扩容而言，因为数据拆分到多个节点下来，如何能力很好地利用起拆分上来的各个节点，进行并行计算，，真正把程度分布式数据库的劣势施展进去，须要大量的操作、大量的优化措施。TDSQL 做了这样一些优化措施。
一是相干数据存在同一个节点上。建表构造的时候，咱们心愿业务能参加进来一部分，在设计表构造的时候指定相干的一些键作为 shardkey，这样咱们就能保障后端的相干数据是在一个节点上的。如果对这些数据进行联结查问就不须要跨节点。
同样，咱们通过并行计算、流式聚合来实现性能晋升——咱们把 SQL 拆分散发到各个后盾的节点，而后通过每个节点并行计算，计算好当前再通过 SQL 引擎来做二次聚合，而后返回给用户。而为了缩小从后端把数据拉到 SQL，缩小数据的一个拉取的话，咱们会做一些下推的查问——把更多的条件下推到 DB 上。此外咱们也做了数据冗余，通过数据冗余保障尽量减少跨节点的数据交互。
咱们简略看一个聚合——TDSQL 是如何做到程度扩容当前，对业务根本无感知，应用形式跟应用单机 MySQL 一样的。对业务来说，假如有 7 条数据，业务不必管这个表具体数据是存在一个节点还是多个节点，只须要插 7 条数据。零碎会依据传过来的 SQL 进行语法解析，并主动把这条数据进行改写。7 条数据，零碎会依据分区键计算，发现这 4 个要发到第一个节点，另外 3 个发到第二个节点，而后进行改写，改写好之后插入这些数据。对用户来说，就是执行了这么一条，然而跨节点了，咱们这边会用到两阶段提交，从而变成多条 SQL，进而保障一旦有问题两边会同时回滚。
数据插录完当前，用户如果要做一些查问——事实上用户不晓得数据是拆分的，对他来说就是一个残缺的表，他用相似聚合函数等进行查问。同样，这条 SQL 也会进行改写，零碎会把这条 SQL 发到两个节点上，同时加一些均匀函数，进行相应的转换。到了各个节点，零碎会先做数据聚合，到这边再一次做聚合。减少这个步骤的益处是，这边过去的话，咱们能够通过做一个聚合，相当于在这里不须要缓存太多的数据，并且做到一个流式计算，避免出现一次性耗费太多内存的状况。
对于比较复杂的一些 SQL，比方多表或者是更多的子查问，大家有趣味的话能够关注咱们前面的分享——SQL 引擎架构和引擎查问实战。