我將介紹為什么我們選擇 TiDB，我們?nèi)绾问褂盟?，我們學(xué)到了什么，優(yōu)秀實(shí)踐以及對(duì)未來(lái)的一些想法。 

本節(jié)介紹了我們的 Moneta 應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)，我們嘗試構(gòu)建的理想體系結(jié)構(gòu)，以及數(shù)據(jù)庫(kù)可伸縮性作為我們的主要難點(diǎn)。

知乎的 Post Feed 服務(wù)是一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，用戶可以通過(guò)該系統(tǒng)接收網(wǎng)站上發(fā)布的內(nèi)容。

后端的 Moneta 應(yīng)用程序存儲(chǔ)用戶已閱讀的帖子，并在知乎的推薦頁(yè)面的帖子流中過(guò)濾掉這些帖子。

• 需要高可用性數(shù)據(jù)：Post Feed 是第一個(gè)出現(xiàn)的屏幕，它在推動(dòng)用戶流量到知乎方面發(fā)揮著重要作用。

• 處理巨大的寫入數(shù)據(jù)：例如，在高峰時(shí)間每秒寫入超過(guò) 4 萬(wàn)條記錄，記錄數(shù)量每天增加近 30 億條記錄。

• 長(zhǎng)期存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)：目前，系統(tǒng)中存儲(chǔ)了大約 1.3 萬(wàn)億條記錄。隨著每月累積約 1000 億條記錄并且不斷增長(zhǎng)，歷史數(shù)據(jù)將在大約兩年內(nèi)達(dá)到 3 萬(wàn)億條記錄。

• 處理高吞吐量查詢：在高峰時(shí)間，系統(tǒng)處理平均每秒在 1200 萬(wàn)個(gè)帖子上執(zhí)行的查詢。

• 將查詢的響應(yīng)時(shí)間限制為 90 毫秒或更短：即使對(duì)于執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)的長(zhǎng)尾查詢，也會(huì)發(fā)生這種情況。

• 容忍誤報(bào)：這意味著系統(tǒng)可以為用戶調(diào)出許多有趣的帖子，即使有些帖子被錯(cuò)誤地過(guò)濾掉了。

考慮到上述事實(shí)，我們需要一個(gè)具有以下功能的應(yīng)用程序架構(gòu)：

• 高可用性：當(dāng)用戶打開(kāi)知乎的推薦頁(yè)面時(shí)，找到大量已經(jīng)閱讀過(guò)的帖子是一種糟糕的用戶體驗(yàn)。

• 出色的系統(tǒng)性能：我們的應(yīng)用具有高吞吐量和嚴(yán)格的響應(yīng)時(shí)間要求。

• 易于擴(kuò)展：隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和應(yīng)用程序的發(fā)展，我們希望我們的系統(tǒng)可以輕松擴(kuò)展。

  
  

為了構(gòu)建具有上述功能的理想架構(gòu)，我們?cè)谥暗募軜?gòu)中集成了三個(gè)關(guān)鍵組件：

• 代理：這會(huì)將用戶的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給可用節(jié)點(diǎn)，并確保系統(tǒng)的高可用性。
• 緩存：這暫時(shí)處理內(nèi)存中的請(qǐng)求，因此我們并不總是需要處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的請(qǐng)求。這可以提高系統(tǒng)性能。
• 存儲(chǔ)：在使用 TiDB 之前，我們?cè)讵?dú)立的 MySQL 上管理我們的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)量的激增，獨(dú)立的 MySQL 系統(tǒng)還不夠。
  然后我們采用了 MySQL 分片和 Master High Availability Manager（ MHA）的解決方案，但是當(dāng)每月有 1000 億條新記錄涌入我們的數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，這個(gè)解決方案是不可取的。

MySQL 分片的缺點(diǎn)：

• 應(yīng)用程序代碼變得復(fù)雜且難以維護(hù)。

• 更改現(xiàn)有的分片鍵很麻煩。

• 升級(jí)應(yīng)用程序邏輯會(huì)影響應(yīng)用程序的可用性。

MHA 的缺點(diǎn)：

• 我們需要通過(guò)編寫腳本或使用第三方工具來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬 IP（VIP）配置。

• MHA 僅監(jiān)視主數(shù)據(jù)庫(kù)。

• 要配置 MHA，我們需要配置無(wú)密碼安全 Shell（ SSH）。這可能會(huì)導(dǎo)致潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

• MHA 不為從屬服務(wù)器提供讀取負(fù)載平衡功能。

• MHA 只能監(jiān)視主服務(wù)器（而不是從主服務(wù)器）是否可用。

在我們發(fā)現(xiàn) TiDB 并將數(shù)據(jù)從 MySQL 遷移到 TiDB 之前，數(shù)據(jù)庫(kù)可伸縮性仍然是整個(gè)系統(tǒng)的弱點(diǎn)。

什么是 TiDB？

TiDB 平臺(tái)是一組組件，當(dāng)它們一起使用時(shí)，它們將成為具有 HTAP 功能的 NewSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)。

在 TiDB 平臺(tái)內(nèi)部，主要組件如下：

• TiDB 服務(wù)器是一個(gè)無(wú)狀態(tài)的 SQL 層，它處理用戶的 SQL 查詢，訪問(wèn)存儲(chǔ)層中的數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)的結(jié)果返回給應(yīng)用程序。它與 MySQL 兼容并且位于 TiKV 之上。
• TiKV 服務(wù)器是數(shù)據(jù)持久存在的分布式事務(wù)鍵值存儲(chǔ)層。它使用 Raft 共識(shí)協(xié)議進(jìn)行復(fù)制，以確保強(qiáng)大的數(shù)據(jù)一致性和高可用性。
• TiSpark 集群也位于 TiKV 之上。它是一個(gè) Apache Spark 插件，可與 TiDB 平臺(tái)配合使用，支持商業(yè)智能（BI）分析師和數(shù)據(jù)科學(xué)家的復(fù)雜在線分析處理（OLAP）查詢。
• 放置驅(qū)動(dòng)程序（PD）服務(wù)器是由 etcd 支持的元數(shù)據(jù)集群，用于管理和調(diào)度 TiKV。

以及用于收集對(duì) TiDB 群集進(jìn)行的邏輯更改并提供增量備份的 TiDB Binlog。復(fù)制到下游（TiDB，Kafka 或 MySQL）。

TiDB 的主要功能包括：

• 水平可擴(kuò)展性。
• MySQL 兼容的語(yǔ)法。
• 具有強(qiáng)一致性的分布式事務(wù)。
• 云原生架構(gòu)。
• 使用 HTAP 進(jìn)行最小提取，轉(zhuǎn)換，加載（ ETL）。
• 容錯(cuò)和 Raft 恢復(fù)。

• 在線架構(gòu)更改。

我們?cè)谙到y(tǒng)中部署了 TiDB，Moneta 應(yīng)用程序的整體架構(gòu)變?yōu)椋?/span>

• 頂層：無(wú)狀態(tài)和可伸縮的客戶端 API 和代理。這些組件易于擴(kuò)展。
• 中間層：軟狀態(tài)組件和分層 Redis 緩存作為主要部分。當(dāng)服務(wù)中斷時(shí)，這些組件可以通過(guò)恢復(fù)保存在 TiDB 群集中的數(shù)據(jù)來(lái)自我恢復(fù)服務(wù)。
• 底層：TiDB 集群存儲(chǔ)所有有狀態(tài)數(shù)據(jù)。它的組件高度可用，如果節(jié)點(diǎn)崩潰，它可以自我恢復(fù)其服務(wù)。

在高峰時(shí)段每秒檢查 30,000 個(gè)查詢和 1200 萬(wàn)個(gè)帖子：

第 99 百分位響應(yīng)時(shí)間約為 25 毫秒，第 999 百分位響應(yīng)時(shí)間約為 50 毫秒。實(shí)際上，平均響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這些數(shù)字，即使對(duì)于需要穩(wěn)定響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)尾查詢也是如此。

第 99 百分位響應(yīng)時(shí)間

• 有些查詢對(duì)查詢延遲很敏感，有些則不然。我們部署了一個(gè)單獨(dú)的 TiDB 數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)處理對(duì)延遲敏感的查詢。（其他非延遲敏感的查詢?cè)诓煌?TiDB 數(shù)據(jù)庫(kù)中處理。）

  這樣，大型查詢和對(duì)延遲敏感的查詢?cè)诓煌臄?shù)據(jù)庫(kù)中處理，前者的執(zhí)行不會(huì)影響后者。

• 對(duì)于沒(méi)有理想執(zhí)行計(jì)劃的查詢，我們編寫了 SQL 提示來(lái)幫助執(zhí)行引擎選擇最佳執(zhí)行計(jì)劃。

• 我們使用低精度時(shí)間戳 Oracle（ TSO）和預(yù)處理語(yǔ)句來(lái)減少網(wǎng)絡(luò)往返。

下圖分別顯示了與 RocksDB 和 Titan 相比的寫入和查詢延遲：

④gRPC 和多線程 Raftstore 中的批處理消息

⑤SQL 計(jì)劃管理

⑥TiFlash

⑦反垃圾郵件應(yīng)用程序中的 TiDB 3.0