大話Oracle集羣，分佈式數據庫與區塊鏈

區塊鏈已經從社會的邊緣產品，變得被愈來愈多的人所熟悉和接受，並逐漸成爲一種新趨勢和將來。在這個過程當中，區塊鏈技術也取得了突飛猛進的發展，智能合約、共識機制、分片以及跨鏈等新概念，正在不斷刷新着咱們的認知。

做爲一個在數據庫領域奮鬥10餘年的老兵來看，區塊鏈的本質實際上是一個多活的分佈式數據庫，區塊鏈中的不少技術，在數據庫的漫長演進過程當中也曾獲得不少的應用和實踐，爲了能更好的理解區塊鏈，我概述了從2000年開始這十幾年主流系統架構的演變。

咱們將分紅3個階段來闡述：

第一階段，Oracle集羣時代

在這個時代中，若是想去選擇一個能夠支撐每秒幾萬筆業務的成熟數據庫方案。工程師必定會推薦Oracle。而這個時期系統的主要架構以下：

圖1   RAC架構圖

2001年，對Oracle公司來講是一個特殊的年份，在這一年Oracle發佈了甲骨文數據庫產品的經典版本Oracle 9i。在這個版本的產品中，Oracle極大的加強了集羣服務能力（Real Application Cluster），促使Oracle完成了在生產環境中，從一個單一主機節點向多節點的轉換的過程。

RAC技術有效的解決了以往數據庫單節點運行的瓶頸，提高了數據庫系統的併發負載能力和高可用性，知足了企業發展過程當中，管理指數級數據增加的迫切需求。所以這個方案，被普遍應用到了政府、運營商、銀行、證券等各個領域，固然也包括阿里巴巴和京東等互聯網巨頭企業。

隨着版本的升級，Oracle 10G的集羣節點能力理論峯值擴充到了100多個。可是由於部署設備（小型機和存儲）昂貴等緣由，不可能有企業能夠完成這個量級的部署。從我所瞭解的數據來看，國內一些企業在實際的業務中，應用了6-8個節點的集羣。

儘管應用普遍，可是隨着國內互聯網業務的進一步發展，Oracle集羣的一些問題也逐漸暴露出來，這也促使了後來國內轟轟烈烈「去IOE」運動的產生。

第一個問題：架構所須要的軟硬件（IOE）價格昂貴

在圖1的架構圖中能夠看到，爲了保證事務的一致性，Oracle採用的是在多節點間共享存儲的方式，也就是說最終的數據在磁盤上只存儲一份，數據能夠被多個節點讀寫，Oracle利用行鎖等技術解決讀寫爭用問題，並保障每一個交易請求提交或回滾的一致性。

應用層主機經過Oracle Net Services路由到不一樣的數據庫節點中，提交數據庫交易請求後，數據庫節點會定時將交易數據寫入共享的磁盤陣列中。

咱們知道IO請求在計算機請求中是很是緩慢的，這樣的架構設計，更加突出了IO讀寫的性能瓶頸。企業的應對辦法則是購買性能更好，更昂貴的磁盤陣列，提高IO性能，這也致使了IOE架構在很長一段時間內佔據着國內IT採購的主流地位。

第二個問題：擴展能力有限，增長節點的性能收益並不是線性加強

正如上面提到的，由於受限於IO請求的性能瓶頸。各個節點的交易數據發起IO請求將數據寫入磁盤會有必定的間隔。而這個過程當中，實時交易信息則是由IPC協議在各個節點間傳輸內存數據來同步的。這時咱們須要一個高速的數據傳輸網絡，通常是由千兆網卡來完成。

可是，隨着節點的不斷越多，須要同步的交易數據就會越多，網絡爭用和行鎖爭用也會變得愈來愈嚴重，從而致使擴展節點的性能收益並不是線性加強。

第二個階段：分佈式數據庫時代

隨着淘寶業務的飛速發展，2010年時，淘寶已經成爲Oracle中國的頂級的客戶了。爲了下降IT成本同時知足業務的進一步發展需求，也鑑於在開源社區長期的技術積累驅動。2010年時，由淘寶技術團隊開啓了轟轟烈烈的「去IOE」運動，目標是用分佈式的開源數據庫架構替代傳統的Oracle DB架構。淘寶「去IOE」的成功，有效的驗證了分佈式數據庫在大規模生產應用中的負載能力，這也促使後續國內IT架構選型思路的轉變，以及分佈式數據庫架構的演進。

分佈式的數據庫方案有很是多種，目前在各個互聯網公司應用的也比較廣泛，其本質就是將數據拆分存儲到不一樣的節點上，從而緩解單節點讀寫的壓力，好比按奇偶拆分數據就是一個簡單的分佈式系統，示意圖以下：

當咱們將數據拆分紅分佈式數據庫以後，就不得不考慮，分佈式帶來的三個特性之間的權衡，正如 CAP所描述的：

系統架構師須要根據業務，用各類變通的手法優化CAP的三個特性，讓系統最終體現的效果能夠與業務需求的預期一致。

目前看到的一些主流分佈式方案，對這3個特性都有不一樣程度的選擇。咱們在運營上一個創業項目OneAPM時，爲了解決處理用戶訪問軌跡而產生的海量數據的問題，曾綜合使用過Kafka、Zookeeper、Clickhouse等架構來知足業務需求，架構圖以下：

圖2   OneAPM Ai產品分佈式架構圖

第三個階段：區塊鏈時代

從數據庫技術的角度來看，區塊鏈的本質是一個特定架構的多活分佈式數據庫。分佈式數據庫利用Paxos、RAFT等算法來保障數據庫多副本的強一致性，而區塊鏈是用共識算法來解決各個節點間數據一致性的問題。

POW、POS、DPOS等各種共識算法其本質都是在競爭將由哪一個節點擁有寫入區塊（帳本數據）的權力。在區塊鏈的經濟模型的設計中，對寫入區塊的行爲進行了經濟激勵，極大的鼓舞了區塊鏈生態的發展。

但也正是由於每一個節點都有可能擁有寫入區塊的權力，爲了保障系統數據一致性，必須與系統的響應時間之間作出權衡。因此咱們看到比特幣的TPS是每秒7比業務，以太坊的TPS也只有每秒幾十筆業務。分佈式數據庫中的CAP問題，依然是區塊鏈須要挑戰的技術難題。固然，目前隨着分片，閃電網絡等新技術的出現，交易性能的瓶頸再被不斷的優化。

此外，從產品的功能上來看，目前的區塊鏈技術主要提供的交易記帳的能力，並不能支撐數據庫的標準能力「增刪改查」，因此以功能而言，目前的區塊鏈本質是數據庫技術棧的特殊子集。在區塊鏈上，擴充對文件和數據增刪改查的能力是DAPP生態發展的關鍵能力。

縱觀數據庫系統演進的這3個時代，技術發展的浪潮沒法阻擋，咱們惟一能夠作的只有學習和麪對。正如分佈式數據庫最終替代了傳統ORACLE集羣，去中心化模型的區塊鏈技術也將迭代中心化模型的業務系統。從目前的狀況看，分片，閃電網絡等新技術的出現，交易性能瓶頸在被不斷的優化，區塊鏈技術也正在逐步的向主流IT架構演進。

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