分布式系统进阶：数据库分库分表、微服务与架构演进总结

一、前言：为什么还需要继续学习分库分表和微服务？

在前面的学习中，我们已经接触了单体架构、应用服务器与数据库分离、负载均衡、数据库读写分离以及 Redis 缓存

通过这些知识，我们已经知道：当系统访问量不断增加时，可以通过增加应用服务器、分担数据库读请求，以及使用 Redis 缓存热点数据等方式改善系统的性能

但是，这些方案是否能够解决所有问题呢？

答案是否定的

假设现在我们正在开发一个大型电商网站，网站中包含用户、商品、订单、支付等业务

随着用户数量不断增加，可能会出现以下问题：

1. 数据库中的订单数据越来越多，单张订单表变得非常庞大

2. 大量用户同时创建订单，数据库的写入压力越来越大

3. 即使使用 Redis 缓存，仍然有许多请求需要访问数据库

4. 用户、商品、订单等业务不断增加，整个应用程序的代码也越来越复杂

5. 不同业务的访问量不同，有些业务需要扩容，而另一些业务可能并不需要

这些问题说明，我们需要从两个不同的角度继续优化系统：

• 数据库层面： 通过分库分表等方式，调整数据的存储与访问方式

• 应用架构层面： 通过微服务等架构设计方式，调整业务模块的组织、部署与扩展方式

二、数据库分库分表

为什么需要

前面讲到的数据库读写分离，是将写任务交给一个主库，读操作交给多个从库，但是当我们数据库的数据量持续激增，或者写请求成为了主要瓶颈的时候，我们为了应对更多的请求以及更好的分配数据，我们自然而然就会想到将请求都按一定的要求分出来，其中就包含了垂直拆分以及水平拆分，简单来说垂直拆分就是按照具体的业务来，水平拆分就是单纯按照数据行来分；而分库以及分表就是说一个是将数据分到多个数据库中，一个是在数据库中建立多个表，不过要注意一点的是分库分表不代表说一定是引入多台设备，这样来增加数据库以及更多的表，而是有多种部署方式的，第一种就是一台服务器，然后多个表，例如一台服务器运行MySQL，将订单数据拆分为orders0和orders1两张表中，这个是分表；第二种是一台服务器，多个数据库实例或者逻辑数据库（这里我们理解一下实例以及逻辑，实例：可以理解为是你电脑上实际启动的MySQL程序，它启动之后形成的一个独立的运行环境，那这么说我一台电脑是不是只能启动一个MySQL实例了，并不是的，如果要创建多个MySQL实例的话需要启动多个独立的MySQL进程，并且分配不同的端口号，然后分配各自独立的数据目录，这样就是多个实例了，不够他们依旧是同时共享这台电脑的 CPU、内存和磁盘硬件资源，那逻辑数据库是什么：就是你在一个实例中create database，这样就是一个逻辑数据库了，你就可以在一个实力当中创建多个，那多表就是create多个table），第三种就是我们很多人会想到的多台服务器来分别存储设备了，这样可以更有利于计算存储等

分库分表会带来哪些问题？

问题一：查询变复杂

假设用户需要查询自己的全部订单，但订单被拆分到了多个数据库中。

系统可能需要根据用户 ID 或订单 ID 确定数据所在的位置。

如果查询条件无法直接定位目标数据库，可能需要查询多个分片，再合并结果

问题二：全局 ID 生成

假设不同数据库中的订单表都使用从 1 开始自增的 ID，就可能出现重复。

例如：

订单库1：订单 ID = 1
订单库2：订单 ID = 1

这会让订单标识产生冲突

问题三：跨库事务更加复杂

假设创建订单需要同时修改订单数据和其他业务数据，而这些数据已经分布在不同数据库中，那么原本在单个数据库中可以完成的事务，可能变成跨数据库操作

问题四：扩容和数据迁移

如果最初将订单数据分到两个数据库中，后来数据量进一步增加，可能需要增加更多数据库。

此时需要考虑如何重新分配已有数据、如何保证数据迁移期间的读写正确性，以及如何避免影响业务运行。

因此，分库分表能够解决一部分规模问题，但也会增加开发、运维和排查问题的难度。

引入微服务

微服务简单来说就是解决人的问题，就是一个项目中要分成多个模块，每个模块细分，分成一个一个小任务来分配让一部分人负责一部分地方，这样就可以很好的修改以及问题检查

就比如一个电商系统就可以分为四个部分，用户服务，商品服务，订单服务以及支付服务，每个服务负责一块地方，并且每个服务通常可以独立运行部署以及扩容等

三、把分布式系统的知识串起来

现在，我们已经学过了应用服务器扩展、负载均衡、数据库读写分离、Redis 缓存、分库分表和微服务。

它们看起来都是为了解决系统性能或规模问题，但各自的作用并不相同

整体对比

技术	主要解决的问题
增加应用服务器	单个应用实例处理能力不足
负载均衡	如何将请求分配给多个实例
数据库读写分离	如何分担数据库读写负载
Redis 缓存	如何减少重复访问数据库
数据库分库分表	如何管理和分散大规模数据
微服务	如何让复杂业务能够相对独立地开发、部署和扩展