聊聊TiDB的那些事？

TiDB这个词，相信大家或多或少都曾经耳闻过，但是很多人觉得他是分布式数据库，自己的业务是使用mysql，基本使用不上这个技术，可能不会去了解他或不会去深入了解。最近一个月，基于实际业务的应用场景，从测试环境测试基础学习，到生产环境性能压测、高可用测试、故障测试等的学习，到今天TiDB终于完成了线上业务的承接使命，而这一切只是开始，而非终点；

经过这一个月的学习，发现TiDB这些原理其实不仅仅局限于分布式数据库这一块，很多技术都是通用的，所以在这里写一下分享一下学习TiDB的一些心得。当然还有更深层次的东西需要后续慢慢的打磨；

先说说为什么选择TiDB吧，一般来说在咱们的业务中都是使用的mysql,但是单机数据库容量和并发性能都有限，对于一些大容量或者高并发的场景我们会选择mycat去做，使用mycat的确解决了问题但是增加了开发难度，开发需要对每一个表都设置分表key，并且每个查询都得带入这个key的值，这样就增加了查询限制，如果不带key的值就得所有库表都得查询一次才行，效率极低，而且也无法满足AP的业务场景。随着核心业务的逐步从SQL Server迁移到MySQL，怎么解决这个问题呢？经过对开源数据库对比测试，最终选择了TiDB；

经过一个月左右的对TiDB的学习，总体感觉，学习成本其实相对来说还是蛮高的，但是不得不说的是，TiDB的官方文档及社区非常的棒，TiDB文档是我见过做得算是比较顶级的文档了，可以说不叫做文档，其实是一个文章知识库，对新手学习来说，还是比较方便的；

在TiDB学习前，对TiDB总是会有很多的疑问：

TiDB如何保证无限扩展？因为平时使用的大多都是mycat的技术，这种其实无限扩展是比较麻烦的 如何保证id唯一，分布式数据库往往会进行分片，在单机数据库中的自增id就不成立，TiDB是如何保证的呢？ TiDB是如何保证事务的呢？ TiDB数据库是如何存储的？为什么即适用于TP场景又适用于AP场景？

带着这些问题，先来看看TiDB的架构，下面是官方的给出的架构图：

TiDB其实是典型的计算分离的架构

TiDB Server：计算层，对外暴露协议的连接端口，负责管理客户端的连接，主要做的就是执行SQL解析以及优化，生成分布式执行计划，由于这里是计算层是没有状态的，所以是可以无限扩展。 PD Server：PD是整个集群的大脑，负责存储每个 TiKV 节点实时的数据分布情况和集群的整体拓扑结构，提供 TiDB Dashboard 管控界面，需要保持高可用。 TiKV： k-v存储引擎，在tikv内部，存储数据的基本单位是Region。 Tiflash：这个是用于列式的存储引擎，类似于Clickhouse

我们首先来看TiDB如何做到扩展？

首先我们来看看计算层: tidb-server，刚才说过在计算层中，是无状态的，所以就可以进行无限扩展，如果你的场景并发度很高或者数据库连接很多，可以考虑多扩展tidb-server。

然后我们来看看存储层，作为保存数据的系统，首先要决定的是数据的存储模型，也就是数据以什么样的形式保存下来。TiKV 的选择是 Key-Value 模型，并且提供有序遍历方法。在每个tikv上会划分出多个Region,这个也就是我们的基本存储单位；

任何持久化的存储引擎，数据终归要保存在磁盘上，TiKV 也不例外。但是 TiKV 没有选择直接向磁盘上写数据，而是把数据保存在 RocksDB 中，具体的数据落地由 RocksDB 负责。这个选择的原因是开发一个单机存储引擎工作量很大，特别是要做一个高性能的单机引擎，需要做各种细致的优化，而 RocksDB 是由 Facebook 开源的一个非常优秀的单机 KV 存储引擎，可以满足 TiKV 对单机引擎的各种要求。这里可以简单的认为 RocksDB 是一个单机的持久化 Key-Value Map。

TiKV 利用 Raft 来做数据复制，每个数据变更都会落地为一条 Raft 日志，通过 Raft 的日志复制功能，将数据安全可靠地同步到复制组的每一个节点中。不过在实际写入中，根据 Raft 的协议，只需要同步复制到多数节点，即可安全地认为数据写入成功。

总结一下，通过单机的 RocksDB，TiKV 可以将数据快速地存储在磁盘上；通过 Raft，将数据复制到多台机器上，以防单机失效。数据的写入是通过 Raft 这一层的接口写入，而不是直接写 RocksDB。通过实现 Raft，TiKV 变成了一个分布式的 Key-Value 存储，少数几台机器宕机也能通过原生的 Raft 协议自动把副本补全，可以做到对业务无感知。

所以对于TiDB来说无论是存储层还是计算层，我们都可以无限扩展。

那么TiDB是如何保证id唯一的呢？

在mysql中我们可以对于主键直接设置 AUTO_INCREMENT来达到自增列的效果，mysql是怎么做到自增的呢？

在MySQL5.7及之前的版本：InnoDB引擎的自增值，自增值保存在内存里，并没有持久化。每次重启后，第一次打开表的时候，都会去找自增值的最大值max(id)，然后将max(id)+步长作为这个表当前的自增值。 在MySQL8.0版本：将自增值的变更记录在了redo log中，重启的时候依靠redo log恢复重启之前的值。

在TiDB中同样支持 AUTO_INCREMENT,不能保证严格递增，只能保证趋势递增，具体原理是：，对于每一个自增列，都使用一个全局可见的键值对用于记录当前已分配的最大 ID。由于分布式环境下的节点通信存在一定开销，为了避免写请求放大的问题，每个 TiDB 节点在分配 ID 时，都申请一段 ID 作为缓存，用完之后再去取下一段，而不是每次分配都向存储节点申请。

TiDB还支持 AUTO_RANDOM，可以用于解决大批量写数据入 TiDB 时因含有整型自增主键列的表而产生的热点问题。因为region是有序的如果一段时间大量有序的数据产生有可能会在同一个region上，所以我们可以使用AUTO_RANDOM来将我们的主键数据打散。

好了，今天就先聊这些吧，后面会陆续分享一些TiDB相关管理的内容，包括从TiDB生产集群部署到性能压测、高可用、日常运维等常见问题；