高并发数据库解决方案

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1、高并发高负载数据库架构策略高并发高负载数据库架构策略在 WEB 网站的规模从小到大不断扩展的过程中，数据库的访问压力也不断的增加，数据库 的架构也需要动态扩展，在数据库的扩展过程基本上包含如下几步，每一个扩展都可以比 上一步骤的部署方式的性能得到数量级的提升。 1. WEB 应用和数据库部署在同一台服务器上应用和数据库部署在同一台服务器上 一般的小规模的网站采用这种方式，用户量、数据量、并发访问量都比较小，否则单台服 务器无法承受，并且在遇到性能瓶颈的时候升级硬件所需要的费用非常高 昂，在访问量增 加的时候，应用程序和数据库都来抢占有限的系统资源，很快就又会遇到性能问题。 2. WEB 应用和

2、数据库部署在各自独立的服务器上应用和数据库部署在各自独立的服务器上 web 应用和数据库分开部署，WEB 应用服务器和数据库服务器各司其职，在系统访问量增 加的时候可以分别升级应用服务器和数据库服务器，这种部署方式是一般小规模网站的典 型部署方式。在将应用程序进行性能优化并且使用数据库对象缓存策略的情况下，可以承 载较大的访问量，比如 2000 用户，200 个并发，百万级别的数据量。 3. 数据库服务器采用集群方式部署（比如数据库服务器采用集群方式部署（比如 Oracle 的一个数据库多的一个数据库多个实例的情况）个实例的情况） 数据库集群方式能承担的负载是比较大的，数据库物理介质为一个磁盘

3、阵列，多个数据库 实例以虚拟 IP 方式向外部应用服务器提供数据库连接服务。这种部署方式 基本上可以满 足绝大多数的常见 WEB 应用，但是还是不能满足大用户量、高负载、数据库读写访问非常 频繁的应用。4. 数据库采用采用主从部署方式在面向大众用户的博客、论谈、交友、CMS 等系统中，有上百万的用户，有上千万的数据 量，存在众多的数据库查询操作，也有较多的数据库写操作，并且在多数情况下都是读操 作远大于写操作的。在这个时候，假如能将数据库的读写操作分离的话，对于系统来讲是 一个很大的提高啦。数据库的主从部署方式就走到我们面前啦。 主从复制主从复制： 几乎所有的主流数据库都支持复制，这是进行数据

4、库简单扩展的基本手段。下 面以 Mysql 为例来说明，它支持主从复制，配置也并不复杂，只需要开启主服务器上的二 进制日志以及在主服务器和从服务器上分别进行简单的配置和授权。Mysql 的主从复制是 一句主服务器的二进制日志文件进行的，主服务器日志中记录的操作会在从服务器上重放， 从而实现复制，所以主服务器必须开启二进制日志，自动记录所有对于主数据库的更新操 作，从服务器再定时到主服务器取得二进制日志 文件进行重放则完成了数据的复制。主从复制也用于自动备份。 读写分离读写分离： 为保证数据库数据的一致性，我们要求所有对于数据库的更新操作都是针对主 数据库的，但是读操作是可以针对从数据库来进行。

5、大多数站点的数据库读操作比写操作 更加密集，而且查询条件相对复杂，数据库的大部分性能消耗在查询操作上了。 主从复制数据是异步完成的，这就导致主从数据库中的数据有一定的延迟，在读写分离的 设计中必须要考虑这一点。以博客为例，用户登录后发表了一篇文章，他需要马上看到自 己的文章，但是对于其它用户来讲可以允许延迟一段时间（1 分钟/5 分钟/30 分钟） ，不会 造成什么问题。这时对于当前用户就需要读主数据库，对于其他访问量更大的外部用户就 可以读从数据库。 数据库反向代理数据库反向代理： 在读写分离的方式使用主从部署方式的数据库的时候，会遇到一个问题， 一个主数据库对应多台从服务器，对于写操作是针

6、对主数据库的，数据库个数是唯一的， 但 是对于从服务器的读操作就需要使用适当的算法来分配请求啦，尤其对于多个从服务器 的配置不一样的时候甚至需要读操作按照权重来分配。 对于上述问题可以使用数据库方向 代理来实现。就像 WEB 方向代理服务器一样，MYsql Proxy 同样可以在 SQL 语句转发到后 端的 Mysql 服务器之前对它进行修改。 5. 数据库垂直分割数据库垂直分割 主从部署数据库中，当写操作占了主数据库的 CPU 消耗的 50%以上的时候，我们再增加从 服务器的意义就不是很大了，因为所有的从服务器的写操作也将占到 CPU 消耗的 50%以上， 一台从服务器提供出来查询的资源非常

7、有限。数据库就需要重新架构了，我们需要采用数 据库垂直分区技术啦。 最简单的垂直分区方式是将原来的数据库中独立的业务进行分拆 （被分拆出来的部分与其它部分不需要进行 Join 连接查询操作） ，比如 WEB 站点的 BLOG 和 论坛，是相对独立的，与其它的数据的关联性不是很强，这时可以将原来的数据库拆分 为一个 BLog 库，一个论坛库，以及剩余的表所组成的库。这三个库再各自进行主从数据库 方式部署，这样整个数据库的压力就分担啦。 另外查询扩展性也是采用数据库分区最主要的原因之一。将一个大的数据库分成多个小的 数据库可以提高查询的性能，因为每个数据库分区拥有自己的一小部分数据。假设您想扫 描

8、 1 亿条记录，对一个单一分区的数据库来讲，该扫描操作需要数据库管理器独立扫描一 亿条记录，如果您将数据库系统做成 50 个分区，并将这 1 亿条记录平均分配到这 50 个分 区上，那么每个数据库分区的数据库管理器将只扫描 200 万记录。 6. 数据库水平分割数据库水平分割 在数据库的垂直分区之后，假如我们的 BLOG 库又再次无法承担写操作的时候，我们又该 怎么办呢？数据库垂直分区这种扩展方式又无能为力了，我们需要的是水 平分区。 水平 分区意味着我们可以将同一个数据库表中的记录通过特定的算法进行分离，分别保存在不 同的数据库表中，从而可以部署在不同的数据库服务器上。很多的大规模的站点基本

9、上都 是主从复制+垂直分区+水平分区这样的架构。水平分区并不依赖什么特定的技术，完全是 逻辑层面的规划，需要的是经验和业务的细分。 如何分区呢？对于大型的 WEB 站点来说，必须分区，并且对于分区我们没有选择的余地， 对于那些频繁访问导致站点接近崩溃的热点数据，我们必须分区。 在对数据分区的时候，我们必须要存在一个分区索引字段，比如 USER_ID，它必须和所有的记录都存在关系，是分区数据库中的核心表的主键，在其它表中作 为外键，并且在使用 主键的时候，该主键不能是自增长的，必须是业务主键才可以。 余数分区余数分区： 我们可以将 User_ID%10 后的值为依据存入到不同的分区数据库中，该算

10、法简 单高效，但是在分区数据库个数有变动的时候，整个系统的数据需要重新分布。 范围分区： 我们可以将 User_ID 的范围进行分区，比如 1-100000 范围为一个分区数据库， 100001-200000 范围为一个分区数据库，该算法在分区数 据库个数有变动的时候，系统非 常有利于扩展，但是容易导致不同分区之间的压力不同，比如老用户所在的分区数据库的 压力很大，但是新用户的分区数据库的压力偏小。 映射关系分区映射关系分区： 将对分区索引字段的每个可能的结果创建一个分区映射关系，这个映射关 系非常庞大，需要将它们写入数据库中。比如当应用程序需要知道 User_id 为 10 的 用户 的 B

11、LOG 内容在那个分区时，它必须查询数据库获取答案，当然，我们可以使用缓存来提 高性能。 这种方式详细保存了每一个记录的分区对应关系，所以各个分区有非常强的可伸 缩性，可以灵活的控制，并且将数据库从一个分区迁移到另一个分区也很简单，也可以使 各个分区通过灵活的动态调节来保持压力的分布平衡。大数据量高并发的数据库优化大数据量高并发的数据库优化发表日期：2011-01-19 一、数据库结构的设计如果不能设计一个合理的数据库模型，不仅会增加客户端和服务器段程序的编程和维护的难度，而且将会影响系统实际运行的性能。所以，在一个系统开始实施之前，完备的数据库模型的设计是必须的。在一个系统分析、设计阶段，因

12、为数据量较小，负荷较低。我们往往只注意到功能的实现，而很难注意到性能的薄弱之处，等到系统投入实际运行一段时间后，才发现系统的性能在降低，这时再来考虑提高系统性能则要花费更多的人力物力，而整个系统也不可避免的形成了一个打补丁工程。所以在考虑整个系统的流程的时候，我们必须要考虑，在高并发大数据量的访问情况下，我们的系统会不会出现极端的情况。（例如：对外统计系统在 7 月 16 日出现的数据异常的情况，并发大数据量的的访问造成，数据库的响应时间不能跟上数据刷新的速度造成。具体情况是：在日期临界时（00：00：00），判断数据库中是否有当前日期的记录，没有则插入一条当前日期的记录。在低并发访问的情况下

13、，不会发生问题，但是当日期临界时的访问量相当大的时候，在做这一判断的时候，会出现多次条件成立，则数据库里会被插入多条当前日期的记录，从而造成数据错误。），数据库的模型确定下来之后，我们有必要做一个系统内数据流向图，分析可能出现的瓶颈。为了保证数据库的一致性和完整性，在逻辑设计的时候往往会设计过多的表间关联，尽可能的降低数据的冗余。（例如用户表的地区，我们可以把地区另外存放到一个地区表中）如果数据冗余低，数据的完整性容易得到保证，提高了数据吞吐速度，保证了数据的完整性，清楚地表达数据元素之间的关系。而对于多表之间的关联查询（尤其是大数据表）时，其性能将会降低，同时也提高了客户端程序的编程难度，因

14、此，物理设计需折衷考虑，根据业务规则，确定对关联表的数据量大小、数据项的访问频度，对此类数据表频繁的关联查询应适当提高数据冗余设计但增加了表间连接查询的操作，也使得程序的变得复杂，为了提高系统的响应时间，合理的数据冗余也是必要的。设计人员在设计阶段应根据系统操作的类型、频度加以均衡考虑。另外，最好不要用自增属性字段作为主键与子表关联。不便于系统的迁移和数据恢复。对外统计系统映射关系丢失（*）。原来的表格必须可以通过由它分离出去的表格重新构建。使用这个规定的好处是，你可以确保不会在分离的表格中引入多余的列，所有你创建的表格结构都与它们的实际需要一样大。应用这条规定是一个好习惯，不过除非你要处理一

15、个非常大型的数据，否则你将不需要用到它。（例如一个通行证系统，我可以将 USERID，USERNAME，USERPASSWORD，单独出来作个表，再把 USERID 作为其他表的外键）表的设计具体注意的问题：1、数据行的长度不要超过 8020 字节，如果超过这个长度的话在物理页中这条数据会占用两行从而造成存储碎片，降低查询效率。2、能够用数字类型的字段尽量选择数字类型而不用字符串类型的（电话号码），这会降低查询和连接的性能，并会增加存储开销。这是因为引擎在处理查询和连接回逐个比较字符串中每一个字符，而对于数字型而言只需要比较一次就够了。3、对于不可变字符类型 char 和可变字符类型 varc

16、har 都是 8000 字节,char 查询快，但是耗存储空间，varchar 查询相对慢一些但是节省存储空间。在设计字段的时候可以灵活选择，例如用户名、密码等长度变化不大的字段可以选择 CHAR，对于评论等长度变化大的字段可以选择 VARCHAR。4、字段的长度在最大限度的满足可能的需要的前提下，应该尽可能的设得短一些，这样可以提高查询的效率，而且在建立索引的时候也可以减少资源的消耗。二、查询的优化 保证在实现功能的基础上，尽量减少对数据库的访问次数；通过搜索参数，尽量减少对表的访问行数,最小化结果集，从而减轻网络负担；能够分开的操作尽量分开处理，提高每次的响应速度；在数据窗口使用 SQL 时，尽量把使用的索引放在选择的首列；算法的结构尽量简单；在查询时，不要过多地使用通配符如 SELECT * FROM T1 语句，要用到几列就选择几列如：SELECT COL1,COL2 FROM T1；在可能的情况下尽量限制尽量结果集行数如：SELECT TOP 300 COL1,COL2,COL3 FROM T1,因为某些情况下用户是