OceanBase于2020年3月在阿里云上完成了商業(yè)化，在公有云上正式對(duì)外開放。同步上線的還有相關(guān)的生態(tài)產(chǎn)品，包括集群管控（OCP:OceanBase Cloud Platform），診斷（OTA:OceanBase Tunning Advisor），遷移服務(wù)（OMS:OceanBase Migration Service）及開發(fā)者中心（ODC:OceanBase Developer Center）。

一、公共云OceanBase服務(wù)端部署

螞蟻金服自研分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫OceanBase是一款純?cè)姆植际疥P(guān)系數(shù)據(jù)庫，在代碼層面完全可控。公共云OceanBase產(chǎn)品（圖1-1）是基于三份副本3AZ部署，通過paxos協(xié)議保證了多節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)一致性，單點(diǎn)故障甚至單AZ故障，也可以保障業(yè)務(wù)連續(xù)性，RPO=0，RTO<30s，做到機(jī)房級(jí)高可用，未來還將推出三地五中心的產(chǎn)品形態(tài)，具備城市級(jí)高可用切換能力。同時(shí)，OceanBase的資源管理具有非常高的靈活性。它支持多租戶部署，在OceanBase集群里面，我們可以按需分配實(shí)例，并且可以進(jìn)行在線資源擴(kuò)容或者縮容。
從安全性和可用性來講，OceanBase是非常適合金融業(yè)務(wù)場(chǎng)景的。因?yàn)楸O(jiān)管需求，金融業(yè)務(wù)場(chǎng)景（像銀行業(yè)務(wù)等）不能上公有云。但是這并不影響類金融業(yè)務(wù)，像保險(xiǎn)、基金等。

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圖1-1

二、OceanBase架構(gòu)原理

與大多數(shù)分布式系統(tǒng)不同的地方在于，OceanBase這個(gè)系統(tǒng)沒有單獨(dú)的總控服務(wù)器或者總控進(jìn)程。分布式系統(tǒng)一般包含一個(gè)單獨(dú)的總控進(jìn)程，用來做全局管理、負(fù)載均衡，等等。OceanBase沒有單獨(dú)的總控進(jìn)程，它的總控是一個(gè)服務(wù)，叫做RootService，集成在ObServer里面。OceanBase會(huì)從所有的工作機(jī)中動(dòng)態(tài)地選出一臺(tái)ObServer執(zhí)行總控服務(wù)，另外，當(dāng)總控服務(wù)所在的ObServer出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選舉一臺(tái)新的ObServer提供總控服務(wù)。這種方式的好處在于簡化部署，雖然實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜，但是大大降低了使用成本。

OceanBase通過分區(qū)能力做到無限水平擴(kuò)展（圖1-2）。OceanBase跟傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫分區(qū)不一樣的地方，在于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫所有的分區(qū)只能在一臺(tái)服務(wù)器，而OceanBase每個(gè)分區(qū)可以分布到不同的服務(wù)器，每個(gè)分區(qū)都有三副本。從數(shù)據(jù)模型的角度看，OceanBase可以被認(rèn)為是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫分區(qū)表在多機(jī)的實(shí)現(xiàn)。它可以把不同的用戶生成的數(shù)據(jù)全部融合到統(tǒng)一的表里面。無論這些分區(qū)在多臺(tái)服務(wù)器上是如何分布的，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)用戶呈現(xiàn)的都是一張表，后臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶完全透明。OceanBase在用戶入口使用了OBProxy，它是一個(gè)訪問代理，它會(huì)根據(jù)用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到合適的服務(wù)器。ObProxy的最大的亮點(diǎn)在于性能突出，它可以在非常一般的普通服務(wù)器上達(dá)到每秒百萬級(jí)的處理能力。

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圖1-2

如圖1-2，多個(gè)分區(qū)分布在多臺(tái)服務(wù)器上。由于多個(gè)分區(qū)跨ObServer，內(nèi)部通過兩階段提交實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)。當(dāng)然，兩階段提交協(xié)議性能較差，OceanBase內(nèi)部做了很多優(yōu)化。它提出了分區(qū)組的概念，會(huì)把多個(gè)經(jīng)常一起訪問，或者說訪問模式比較類似的不同表的分區(qū)放到一個(gè)分區(qū)組里面。OB后臺(tái)會(huì)將同一個(gè)分區(qū)組盡可能調(diào)度到一臺(tái)服務(wù)器上，避免分布式事務(wù)。同時(shí)優(yōu)化了兩階段提交協(xié)議的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。兩階段提交協(xié)議涉及多臺(tái)服務(wù)器，協(xié)議中包含協(xié)調(diào)者、參與者這兩種角色，參與者維護(hù)了每臺(tái)服務(wù)器的局部狀態(tài)，協(xié)調(diào)者維護(hù)了分布式事務(wù)的全局狀態(tài)。常見的做法是對(duì)協(xié)調(diào)者記日志來持久化分布式事務(wù)的全局狀態(tài)，而OceanBase的做法是，如果出現(xiàn)故障，通過查詢所有參與者的狀態(tài)來恢復(fù)分布式事務(wù)。這種方式節(jié)省了協(xié)調(diào)者日志，而且只要所有的參與者都預(yù)提交成功，整個(gè)事務(wù)就成功了，不需要等協(xié)調(diào)者寫日志就可以應(yīng)答客戶端。

三、OceanBase存儲(chǔ)架構(gòu)

OceanBase是一個(gè)shared noting的架構(gòu)，每一個(gè)OBServer都有獨(dú)立的存儲(chǔ)引擎，將數(shù)據(jù)保存在本地，這樣可以滿足容災(zāi)場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)連續(xù)服務(wù)。OceanBase采用LSM-Tree的架構(gòu)來設(shè)計(jì)Cache和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)首先被寫入內(nèi)存中的MemTable當(dāng)中，這樣最高頻和最活躍的數(shù)據(jù)都在內(nèi)存訪問，極大的提升了熱數(shù)據(jù)的訪問效率。當(dāng)MemTable的寫入到達(dá)一個(gè)閾值的時(shí)候，MemTable中的數(shù)據(jù)會(huì)做一次合并，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到磁盤的SSTable中。在很多基于LSM Tree的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，為了解決寫入的性能問題，通常會(huì)將SSTable分為多層，當(dāng)一層的SSTable個(gè)數(shù)或者大小達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，合并入下一層SSTable。

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圖1-3

在OceanBase內(nèi)部，也會(huì)有很多種不同類型的Cache，有類似于Oracle和MySQL的buffer。cache用于緩存sstable數(shù)據(jù)的塊緩存，還有用于緩存數(shù)據(jù)行的行緩存、日志緩存、位置緩存等等?；€數(shù)據(jù)緩存到內(nèi)存中提升查詢性能。對(duì)于不同租戶，每個(gè)租戶都有自己獨(dú)立的緩存，可以配置對(duì)應(yīng)租戶內(nèi)存使用的上下限，做到租戶隔離或者搶占超賣，適用于不同需求的場(chǎng)景。

在存儲(chǔ)成本上，OceanBase采用了多種數(shù)據(jù)壓縮算法，例如lz4、zstd等。OceanBase會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)集做兩層瘦身，第一層是encoding，會(huì)使用字典、RLE等算法對(duì)數(shù)據(jù)做瘦身，第二層是通用壓縮，使用lz4等壓縮算法對(duì)encoding之后的數(shù)據(jù)再做一次瘦身。在zstd算法下，相較傳統(tǒng)MySQL Innodb的壓縮，可以做到相同數(shù)據(jù)集只是用MySQL的1/3的存儲(chǔ)，幫助用戶極大的節(jié)省存儲(chǔ)成本。更重要的是，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫定長頁的設(shè)計(jì)壓縮不可避免的會(huì)造成存儲(chǔ)的空洞，壓縮效率會(huì)受影響，而OB這樣的LSM-tree架構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，壓縮對(duì)數(shù)據(jù)寫入性能是0影響的。

四、OceanBase SQL引擎

OceanBase的租戶支持Oracle和MySQL兩種SQL兼容性，首先相較于傳統(tǒng)MySQL，OB除了硬解析以外，與Oracle一樣支持軟解析，同時(shí)解析器還支持SQL參數(shù)化以及綁定變量，如圖1-4所示，解析器將解析后的SQL模板以及執(zhí)行計(jì)劃放在plan cache中，已經(jīng)存在plan cache中的SQL就可以省去每一次硬解析帶來的開銷，提升了SQL運(yùn)行效率。

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圖1-4

基于LSM-Tree的存儲(chǔ)架構(gòu)，OB設(shè)計(jì)了一套獨(dú)特的代價(jià)模型，引入統(tǒng)計(jì)信息，擁有了基于代碼模型的優(yōu)化器，這意味著OB可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息，計(jì)算每條SQL的最優(yōu)訪問路徑，給出最優(yōu)的執(zhí)行計(jì)劃。同時(shí)OB也可以根據(jù)用戶的需求，在線動(dòng)態(tài)綁定固化執(zhí)行計(jì)劃，針對(duì)應(yīng)急、效率的場(chǎng)景可以很好的提供便捷性。在執(zhí)行器方面，OB不僅僅支持Nest Loop的Join方式，同時(shí)也支持了Hash Join、Merge Join，針對(duì)大表join提高效率。還支持并發(fā)執(zhí)行、分布式SQL等等。

五、OceanBase的AACID特性

OceanBase是一個(gè)分布式的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，符合ACID原則。在傳統(tǒng)ACID的基礎(chǔ)上，OceanBase特別強(qiáng)調(diào)多了一個(gè)A，可用性?；赑axos協(xié)議的多副本日志復(fù)制，可以在單點(diǎn)故障的情況下提供無數(shù)據(jù)丟失的業(yè)務(wù)連續(xù)性。在一致性上，OB采用MVCC的多版本一致讀，當(dāng)數(shù)據(jù)塊被更新時(shí)，OB會(huì)新開啟一個(gè)數(shù)據(jù)塊并帶上數(shù)據(jù)版本于事務(wù)id，只有事務(wù)內(nèi)的SQL可以訪問到，未提交的數(shù)據(jù)不會(huì)被其他會(huì)話訪問當(dāng)。隔離性上，OB支持Oracle的提交讀和串行化兩種事務(wù)隔離級(jí)別，對(duì)Oracle做到了很好的兼容。在持久性上，和大多數(shù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫一樣的日志先行，事務(wù)提交的時(shí)候先保證redo日志的寫成功后才寫數(shù)據(jù)，出現(xiàn)異常情況時(shí)不會(huì)存在數(shù)據(jù)二義性。

在數(shù)據(jù)安全上，OB也做了多種保護(hù)措施，最大程度的保障數(shù)據(jù)安全。比如回收站機(jī)制，在租戶級(jí)別設(shè)置回收站的開關(guān)，當(dāng)回收站打開的狀態(tài)下，drop table、truncate的情況下數(shù)據(jù)不會(huì)被立馬刪除，而是進(jìn)入了回收站，在回收站保留有效期內(nèi)，都可以通過flashback的命令將表恢復(fù)原狀，極大程度上避免了誤操作帶來的一些風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)delete、update這種數(shù)據(jù)修改類的操作，OB支持基于位點(diǎn)的Flashback Query來將數(shù)據(jù)恢復(fù)到某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，這樣針對(duì)業(yè)務(wù)或者運(yùn)維過程中的錯(cuò)誤SQL執(zhí)行，具備數(shù)據(jù)找回能力。同時(shí)在Oracle租戶下，還支持as of timestam/scn這種查詢。

2019年10月，OceanBase斬獲TPC-C性能測(cè)試榜首。創(chuàng)造了tpmc6088萬的世界記錄，是前任榜首Oracle的2倍。同年十一月份，在支付寶的雙十一大促中又創(chuàng)造了6100萬筆/秒的支付峰值，再次打破世界記錄。經(jīng)過多次極端業(yè)務(wù)的考驗(yàn)，OceanBase證明，在性能、可靠性、可用性上，分布式數(shù)據(jù)庫是可以和集中式數(shù)據(jù)庫媲美的。傳統(tǒng)的商業(yè)數(shù)據(jù)庫，如oracle、SQL server、DB2都依賴高端的硬件設(shè)備（小機(jī)，存儲(chǔ)，還有光纖網(wǎng)絡(luò)），但是OceanBase只需要普通的PC服務(wù)器，SSD盤、萬兆網(wǎng)絡(luò)就行。而且它還具有高存儲(chǔ)壓縮率。OceanBase上云后，目前除了數(shù)據(jù)庫本身是按規(guī)格收費(fèi)、遷移服務(wù)按小時(shí)收費(fèi)外，其它管理平臺(tái)（OCP、ODC、OTA）是免費(fèi)的。通過OCP可以方便地管理集群、租戶、數(shù)據(jù)庫。用戶，監(jiān)控租戶和節(jié)點(diǎn)的性能。通過ODC可以方便地管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫對(duì)象（表/視圖/函數(shù)/存儲(chǔ)過程等）。使用其SQLConsole可以便捷地操作數(shù)據(jù)庫。通過OTA，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前業(yè)務(wù)庫存在問題的SQL，提供優(yōu)化建議，綁定執(zhí)行計(jì)劃。使用這些平臺(tái)可以使運(yùn)維操作白屏化，降低了運(yùn)維難度。

未來，OceanBase將會(huì)根據(jù)用戶需求提供更多實(shí)用、高效的特性，同時(shí)周邊生態(tài)產(chǎn)品的功能也會(huì)越來越完善，敬請(qǐng)期待。

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總結(jié)

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