來(lái)自：不止思考（微信號(hào)：bzsikao）
在互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中为迈，當(dāng)業(yè)務(wù)規(guī)模越來(lái)越大若贮，數(shù)據(jù)越來(lái)越多题涨，隨之而來(lái)的就是數(shù)據(jù)庫(kù)壓力會(huì)越來(lái)越大霜定。慢慢就會(huì)發(fā)現(xiàn)肺缕，數(shù)據(jù)庫(kù)層可能已經(jīng)成為了整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)和性能瓶頸了勋锤，因此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層的高可用就成為了我們項(xiàng)目中經(jīng)常要解決的問(wèn)題痘番。
本文我們就來(lái)聊一聊如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的高可用方案掸犬。在保障數(shù)據(jù)層的高性能與高穩(wěn)定方面珊楼，最容易想到的方式就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分片通殃、多份、冗余等厕宗，很多架構(gòu)的本質(zhì)其實(shí)也是基于這幾點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的画舌。
這里先不看細(xì)節(jié)，即先不管底層數(shù)據(jù)源是什么數(shù)據(jù)庫(kù)已慢，我們先只聊架構(gòu)方案曲聂，因?yàn)闊o(wú)論底層是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，還是NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)佑惠，無(wú)論是 Mysql 還是 Redis朋腋、MongoDB，我們?cè)诩軜?gòu)設(shè)計(jì)上都是相通的膜楷。
大體上旭咽，單中心雙機(jī)的常見(jiàn)方案有以下這些：
一主一備的架構(gòu)（主備式）
一主一從的架構(gòu)（主從式）
互為主從的架構(gòu)（主主式）
以上方案從上至下，依次是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜赌厅，從基礎(chǔ)到豐富穷绵。下面我們來(lái)具體看看：
一、一主一備的架構(gòu)（主備式）
主備式架構(gòu)是雙機(jī)部署中最簡(jiǎn)單的一種架構(gòu)了特愿，幾乎市面上所有的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都會(huì)自帶這個(gè)主備功能仲墨。
如圖勾缭，
其思路也特別的簡(jiǎn)單：將數(shù)據(jù)庫(kù)部署到兩臺(tái)機(jī)器，其中一臺(tái)機(jī)器（代號(hào)A）作為日常提供數(shù)據(jù)讀寫(xiě)服務(wù)的機(jī)器目养，稱(chēng)為「主機(jī)」俩由。另外一臺(tái)機(jī)器（代號(hào)B）并不提供線上服務(wù)，但會(huì)實(shí)時(shí)的將「主機(jī)」的數(shù)據(jù)同步過(guò)來(lái)癌蚁，稱(chēng)為「?jìng)錂C(jī)」幻梯。一旦「主機(jī)」出了故障，通過(guò)人工的方式匈勋，手動(dòng)的將「主機(jī)」踢下線礼旅，將「?jìng)錂C(jī)」改為「主機(jī)」來(lái)繼續(xù)提供服務(wù)。
這個(gè)架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯洽洁，優(yōu)點(diǎn)就是幾乎不需要做什么開(kāi)發(fā)改造痘系，各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)就支持這種模式，部署維護(hù)起來(lái)也簡(jiǎn)單饿自，并沒(méi)有引入額外的系統(tǒng)復(fù)雜度和瓶頸汰翠。
但是缺點(diǎn)呢，就是當(dāng)「主機(jī)」出現(xiàn)故障的時(shí)候昭雌，需要人工去干預(yù)啊复唤，運(yùn)維同學(xué)很辛苦的，而且處理還不一定及時(shí)烛卧。再還有一個(gè)缺點(diǎn)就是佛纫，主備架構(gòu)會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)資源，畢竟需要一臺(tái)與「主機(jī)」同等配置的「?jìng)錂C(jī)」長(zhǎng)期備著总放，但又不作為線上服務(wù)來(lái)使用呈宇，你說(shuō)浪費(fèi)不浪費(fèi)。
為了解決這個(gè)資源浪費(fèi)問(wèn)題局雄，我們就得想一個(gè)把「?jìng)錂C(jī)」也用起來(lái)的方案：主從式架構(gòu)甥啄。
二、一主一從的架構(gòu)（主從式）
主從式架構(gòu)大體上與上述的主備式架構(gòu)差不多炬搭。區(qū)別就是主備式的「?jìng)錂C(jī)」平時(shí)是不干活的的蜈漓，主要起到備份的作用。而主從式的「?jìng)錂C(jī)」改為了「從機(jī)」宫盔，平時(shí)也要提供服務(wù)融虽，跟「主機(jī)」一樣隨時(shí)隨刻的在干活的。
如圖灼芭，
主從式架構(gòu)中的「從機(jī)」雖然也在隨時(shí)隨刻提供服務(wù)有额，但是它只提供「讀」服務(wù)，并不提供「寫(xiě)」服務(wù)∽晃猓「主機(jī)」會(huì)實(shí)時(shí)的將線上數(shù)據(jù)同步到「從機(jī)」，以保證「從機(jī)」能夠正常的提供讀操作苛预。
這種架構(gòu)相比較主備式句狼，對(duì)資源是一種節(jié)約，畢竟「從機(jī)」也在提供服務(wù)热某，沒(méi)有白白的浪費(fèi)腻菇。并且在「主機(jī)」出現(xiàn)故障時(shí)，在人工介入之前昔馋，好歹「從機(jī)」也是能夠提供數(shù)據(jù)的「讀」操作的筹吐，畢竟大多數(shù)業(yè)務(wù)都是「讀」多「寫(xiě)」少，因此對(duì)穩(wěn)定性又提高了一個(gè)層次秘遏。
缺點(diǎn)就是架構(gòu)稍微復(fù)雜了一點(diǎn)丘薛，畢竟「主機(jī)」和「從機(jī)」都有「讀」服務(wù)，那么前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)就需要用一定策略去判斷該路由到哪一臺(tái)去讀取數(shù)據(jù)邦危。還有就是洋侨，延遲問(wèn)題，「主機(jī)」的數(shù)據(jù)同步到「從機(jī)」難免會(huì)有一定程度的延遲倦蚪，這個(gè)延遲可能會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求較高的業(yè)務(wù)有一定影響希坚。
通過(guò)上面內(nèi)容可以看到，雖然這個(gè)架構(gòu)一定程度解決了資源浪費(fèi)陵且，但是并沒(méi)有解決人工干預(yù)的問(wèn)題裁僧，當(dāng)出現(xiàn)了故障后還是需要人工去處理。
如果想讓架構(gòu)更智能一點(diǎn)慕购，那么我們就需要引入「主從雙機(jī)自動(dòng)切換」的功能聊疲。
主從雙機(jī)自動(dòng)切換：是指當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障后，從機(jī)能夠自動(dòng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)脓钾。同時(shí)從機(jī)將自己迅速切換為主機(jī)售睹，將原來(lái)的主機(jī)立即下線服務(wù)，或轉(zhuǎn)換為從機(jī)狀態(tài)可训。
要實(shí)現(xiàn)「主從雙機(jī)自動(dòng)切換」昌妹，有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要考慮：
- 主機(jī)與從機(jī)之間的狀態(tài)如何判斷？
必須有一個(gè)機(jī)制能監(jiān)測(cè)兩臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)握截，以此來(lái)決定是否應(yīng)該切換飞崖。
我們比較常用的狀態(tài)傳遞方式有兩種：
「雙機(jī)互連模式」
「第三方中介模式」
「雙機(jī)互連模式」：是指在主機(jī)和從機(jī)之間建立一條用于狀態(tài)通訊的通道。通過(guò)這個(gè)通道谨胞，主機(jī)和從機(jī)之間可以共享服務(wù)狀態(tài)固歪，一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)方宕機(jī)或者停止服務(wù)了，就可以立即將自己切換為主服務(wù)。不過(guò)這種方式需要關(guān)注通道的健壯性牢裳，一旦通道自身不穩(wěn)定了逢防，可能會(huì)導(dǎo)致假消息出現(xiàn)，比如主機(jī)并沒(méi)有宕機(jī)蒲讯，但是通道壞了忘朝，導(dǎo)致從機(jī)以為出現(xiàn)了異常，就將自己切換為了主機(jī)判帮，那就出現(xiàn)了2個(gè)主機(jī)了局嘁，因此通道本身也是一個(gè)可能的故障點(diǎn)。
「第三方中介模式」：是指在主機(jī)和從機(jī)之外晦墙，再建立一個(gè)中介機(jī)器悦昵，這個(gè)中介機(jī)器專(zhuān)門(mén)用來(lái)維護(hù)各節(jié)點(diǎn)（主機(jī)/從機(jī)）狀態(tài)的，主機(jī)/從機(jī)實(shí)時(shí)的將自身狀態(tài)上報(bào)給中介機(jī)器晌畅，中介機(jī)器來(lái)決定是否應(yīng)該切換但指、何時(shí)切換。MongoDB的Replica Set就是采用的這種模式抗楔。
除了狀態(tài)判斷枚赡，還需要考慮切換的策略是什么？ 也就是說(shuō)發(fā)生異常幾次/多久后開(kāi)始切換谓谦，是否有一個(gè)緩沖機(jī)制等贫橙。另外切換完成后，當(dāng)原主機(jī)又恢復(fù)正常之后是否需要自動(dòng)再切換回來(lái)等策略反粥。
另外就是需要注意在切換過(guò)程中雙機(jī)數(shù)據(jù)如果發(fā)生沖突時(shí)卢肃，以哪個(gè)為準(zhǔn)？處理機(jī)制是什么才顿。
這些細(xì)節(jié)都是在設(shè)計(jì)主從自動(dòng)切換架構(gòu)時(shí)候莫湘，要提前規(guī)劃的。
三郑气、互為主從的架構(gòu)（主主式）
互為主從的架構(gòu)是指兩臺(tái)機(jī)器自己都是主機(jī)幅垮，并且也都是作為對(duì)方的從機(jī)。兩臺(tái)機(jī)器都提供完整的讀寫(xiě)服務(wù)尾组，因此無(wú)需切換忙芒，客戶(hù)機(jī)在調(diào)用的時(shí)候隨機(jī)挑選一臺(tái)即可，當(dāng)其中一臺(tái)宕機(jī)了讳侨，另外一臺(tái)還可以繼續(xù)服務(wù)呵萨。
如圖，
采用 互為主從架構(gòu) 有個(gè)復(fù)雜點(diǎn)就是跨跨，因?yàn)閮膳_(tái)主機(jī)都接受寫(xiě)數(shù)據(jù)潮峦，那就需要將寫(xiě)的最新數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的同步給對(duì)方，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行兩臺(tái)主機(jī)的雙向復(fù)制。而雙向復(fù)制不可避免的會(huì)在一定程度上帶來(lái)數(shù)據(jù)延遲忱嘹、極端情況下甚至有數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題嘱腥。在實(shí)際業(yè)務(wù)中，有些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)一致性要求是非常高的拘悦，并不能接受數(shù)據(jù)的延遲爹橱、丟失，因此這類(lèi)業(yè)務(wù)也不適合互為主從的模式窄做，比如金融業(yè)務(wù)。但是我們互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中大多數(shù)場(chǎng)景還是沒(méi)有這么高要求的慰技，所以這種模式對(duì)于一般場(chǎng)景還是用的蠻多椭盏。
以上，就是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)從主備架構(gòu)吻商、到主從架構(gòu)掏颊、再到主主架構(gòu)的高可用方案基本講解了，接下來(lái)會(huì)繼續(xù)分享數(shù)據(jù)庫(kù)在多機(jī)集群模式下的技術(shù)架構(gòu)艾帐，歡迎大家關(guān)注交流乌叶。
