TiDB

简介

TiDB 是一款分布式的 NewSQL 数据库，能够支持横向扩展，高可用，水平分片，可线性扩展，同时支持 SQL 和事务。TiDB 基于 Raft 算法实现分布式一致性，通过分布式事务来保证多节点的数据一致性。TiDB 同时兼容 MySQL 5.7 协议，可以无缝迁移 MySQL 应用。TiDB 使用了分布式存储引擎 TiKV 作为存储层，支持横向扩展，提供高可靠的分布式存储服务，同时也保证了强一致性。

以下是 TiDB 的一些特点：

1.分布式架构：TiDB 支持水平扩展，可以无缝地进行容量和性能的扩展，同时提供高可用和故障恢复能力。

2.高性能：TiDB 采用了 MPP 架构，通过将数据水平切分，支持并行查询，实现了高并发、低延迟的查询。

3.兼容 MySQL 协议：TiDB 与 MySQL 5.7 兼容，可以无缝迁移 MySQL 应用，并提供了大多数 MySQL 特性，如 ACID、事务等。

4.分布式事务：TiDB 使用分布式事务来保证数据一致性，支持两阶段提交和分布式快照隔离。

5.智能优化：TiDB 使用了智能优化器和统计信息来优化查询计划，提高查询性能。

6.开放性：TiDB 是开源的，社区活跃，提供了完善的文档和学习资源。

总的来说，TiDB 是一个高可用、高性能、分布式的数据库，能够支持大规模的数据存储和查询，是目前分布式数据库领域的热门选择之一。

原理

存储模型

数据的存储模型是数据库系统需要首先进行的技术选型，存储模型决定了数据以什么样的形式保存。TiKV 选择了 Key-Value 模型，并且提供有序遍历方法。

TiKV 数据存储的关键特性如下：

使用 Map 结构进行数据存储，保存的是数据的键值对。
Map 中的 Key 是按照二进制有序存储的，可以快速的定位某个 Key 的位置，也可以方便的进行区间查询。

TiDB没有自研数据存储的持久化框架，而是直接选择了RocksDB进行数据持久化。

MVCC

为了解决并发写操作引发的数据上锁问题，在分布式场景下，加锁可能会带来性能以及死锁问题。TiKV 使用了 MVCC 思想。TiKV 的 MVCC 实现是通过在 Key 后面添加版本号来实现。

同一个 Key 的多个版本，会按照版本号的大小顺序将数据从前到后进行存储，当用户通过 Key + Version 来获取 Value 的时候，可以通过 Key 和 Version 构造出 MVCC 的 Key，也就是 Key_Version。然后可以直接通过 RocksDB 的 SeekPrefix(Key_Version) API，定位到第一个大于等于这个 Key_Version 的位置。

分布式架构

TiDB采用了分布式架构，可以通过水平扩展来满足更高的负载需求。它将数据划分为多个Region，每个Region都有一组副本，可以自动实现故障转移和数据迁移。TiDB还通过PD（Placement Driver）来管理Region的分布和调度，确保数据的均衡和高可用性。

分布式事务

为了支持分布式事务，TiDB采用了Google的Percolator算法，该算法将事务拆分成多个小的操作单元，通过协调器来保证事务的一致性和隔离性。同时，TiDB还支持分布式快照隔离级别（SI）和可重复读隔离级别（RC），可以满足不同应用场景的需求。

一致性哈希

为了支持数据的动态扩容和缩容，TiDB采用了一致性哈希算法来分配数据副本。一致性哈希算法可以保证当节点数量变化时，只有一小部分数据需要迁移。同时，TiDB还采用了Raft协议来保证数据的强一致性和高可用性。

分布式执行引擎

TiDB的执行引擎使用TiKV作为存储引擎，采用了分布式执行的方式来提高查询性能和可扩展性。TiDB支持对复杂查询的分布式优化和执行，可以将查询计划分解为多个子任务，在不同的节点上并行执行，最终将结果合并返回给客户端。

自动化运维

为了简化运维工作，TiDB提供了TiUP工具来进行集群部署和升级。同时，TiDB还提供了监控和告警功能，可以监控集群的状态和性能指标，并在出现异常情况时及时通知管理员。TiDB还提供了自动化故障转移和数据迁移功能，可以最大程度地降低管理员的工作量。