云原生數據庫的下一次變革發生在哪里？

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舉報 2022-05-09

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自上世紀 70 年代以來，關系型數據庫進入歷史舞臺，成為數據庫行業的主角。此后，這個行業步入一個黃金時代，某數據庫專家曾撰文寫道，“很長一段時間，關系型數據庫幾乎是包打天下的選擇。你很可能用一套數據庫玩轉所有業務，你也不需要一個連的工程師來維護它”。

“老而彌堅”的關系型數據庫

對數據庫行業來說，互聯網的出現卻帶來巨大變化：數據量急劇增大、數據類型愈加復雜、數據處理速度需求不斷提高，大數據時代全面到來。

因此，面向非結構化數據的 NoSQL 數據庫興起，出現了文檔數據庫、時序數據庫、圖數據庫、搜索數據庫等。

一時間，NoSQL 數據庫風光無限，得到不少企業青睞。大家恨不得把一切系統都用 NoSQL 改造。

NoSQL 之所以受歡迎，主要是解決了關系型數據庫中的各種問題。第一大問題是數據的 Schema 非常多，用關系型數據庫來表示不同的 Schema 非常笨拙，所以需要有不同的數據庫，比如文檔型、時序型、搜索型等。另一大問題是關系型數據庫的 ACID 極大影響了數據庫的性能和擴展性，因此 NoSQL 做出妥協來解決大規模伸縮的問題。

隨著移動互聯網的發展，大數據技術的廣泛應用，涌現出越來越多的新型數據庫，然而關系型數據庫依然占據主導地位。為什么它能經久不衰？主要原因之一是關系型數據庫采用了 SQL 標準，這種高級的非過程化編程接口語言，將計算機科學和易于人類理解認知的數據管理方式完美的銜接在一起，目前還難以超越。

云時代：關系型數據庫的“進化”

云計算的出現和發展，讓越來越多的企業開始將數據庫部署在云上。通過云服務形式提供數據庫功能的云數據庫應運而生。據悉，云數據庫不僅減少了數據庫參數的重復配置，而且具有快速部署、高擴展性、高可用性、可遷移性和易運維性以及資源隔離等特點。

尤其是基于容器化、微服務、Serverless 等理念設計的具備彈性伸縮與全球部署能力的云原生數據庫，能隨時隨地從多前端訪問，提供云服務的計算節點，并且可以靈活及時調動資源進行擴縮容，助力企業降本增效，成為行業發展新趨勢。

可以說，數據庫在云時代迎來變革。一方面，此時的數據庫向內存和分布式方向演進和發展，甚至 RDBMS 本身都受到 NoSQL 的挑戰；另一方面，在云托管環境下，關系型數據庫逐漸暴露出一些問題。

此時，為適應變化，關系型數據庫需要革新和自我進化。而開路者就是連續 11 年被 Gartner 評為“全球云計算領導者”的亞馬遜云科技（Amazon Web Services）。

亞馬遜云科技在 2014 年推出關系型數據庫Amazon Aurora。它兼容 MySQL 和 PostgreSQL，采用共享存儲和讀寫分離的方式，不僅提升了數據庫性能，而且解決了可擴展性問題，讓傳統互聯網公司可以無縫遷移到云上，這讓它成為云計算時代的一個代表。

憑借既有傳統商業數據庫的高性能和可用性，以及具有開源數據庫的簡單性和成本效益，Amazon Aurora 成為亞馬遜云科技歷史上用戶數量增速最快的云服務，且躋身最受初創公司青睞的八項亞馬遜云科技全球服務。

為什么它能受到諸多企業青睞？這離不開 Amazon Aurora 強大的性能和先進的架構設計。

性能上，Amazon Aurora 與開源引擎完全兼容，可獲得5 倍于標準 MySQL 以及3 倍于標準 PostgreSQL 的吞吐量，支持并行查詢可加速 OLAP 業務。其次，高可用方面，它能實現可用區（AZ）+1 的高可用，Global Database 可以完成跨區容災備份。第三，在擴展性方面，它支持15 個只讀副本自動擴展，每個數據庫實例可自動擴展到128 TB。最后，成本上，它提供商用級數據庫性能的同時，成本僅為其十分之一，存儲無需預置按用量付費。

架構上，Amazon Aurora 架構支持 Serverless 無服務器架構。它采用計算與存儲分離的架構，可以做到存儲層的快速擴展，提升數據分析能力。同時，它還采用了獨特的日志即數據庫理念，省去節點跟存儲層數據傳輸的量，以達到性能提升。

如果說云時代的到來推動了數據庫的變革，那么，與 Serverless 的結合，則再次為數據庫的發展添了把火。

亞馬遜云科技在 2018 年推出 Amazon Aurora Serverless v1。據悉，它是 Amazon Aurora 的一種按需自動擴展配置版本，它會根據應用程序的需求自動啟動、關閉以及擴展或縮減容量，讓開發者無需管理任何數據庫實例，即可在云中運行數據庫。

用 Amazon Aurora 替換 Oracle

從線上書店業務起家，經過二十多年的發展，Amazon 不僅成為一家跨國電子商務企業，而且是全球最大的互聯網線上零售商之一。

據了解，Amazon.com 于 1995 年 7 月上線，網站一開始銷售圖書。之后，銷售的商品從圖書向多元化發展，涵蓋音像制品、軟件、消費電子產品、家用電器、廚具、食品、玩具、母嬰用品、化妝品、日化用品、運動用具等類目。

早在 2008 年，Amazon 網站主域名 Amazon.com 的訪客數量至少達到 6.15 億，已經是當時沃爾瑪超市門店顧客數量的兩倍。除主域名外，Amazon 還在全球多個國家建立了本地化網站，包括中國、加拿大、英國、法國、德國、墨西哥和澳大利亞等。

用戶的不斷增加和全球市場的擴張，讓 Amazon 的電商業務蒸蒸日上。

但是，挑戰也隨之而來。一方面，Amazon 需要應對極高的訪問流量，尤其是圣誕季等購物節假日下的極端情況；另一方面，業務的快速發展，讓數據以指數速度增長，數據量不斷增加。據悉，在 2017 年，Amazon 電商有近 7500 個 OLTP 數據庫，累計存儲了 75PB 數據，涉及公司超 100 個團隊的 1000 多個應用程序。

一直以來，Amazon 都在使用 Oracle 數據庫，但是它發現，Oracle 數據庫不僅成本高，而且可擴展性差，無法適應不斷增長的業務需求。

除了可擴展性差、成本不斷增加，Amazon 電商還面臨著數據量和交易率增加帶來的延遲風險、遺留代碼 / 架構導致的可用性風險，以及硬件配置和管理時間 / 資源帶來的運營風險。

如何解決自己面臨的挑戰？這成為擺在 Amazon 電商面前的難題。

為了解決這些問題，Amazon 電商決定替換 Oracle 數據庫，把近 7500 個 OLTP 數據庫遷移到 Amazon RDS 和 Amazon Aurora 中。Amazon Aurora 一大特性是其 85–90% 的 PostgreSQL 查詢與現有 Oracle 查詢相匹配，這意味著將查詢轉換為 Amazon Aurora PostgreSQL 幾乎全都是自動完成的。

遷移完成后，不僅節省了 40%-90% 的運營成本，而且大大改善了性能，同時 Amazon 電商通過使用亞馬遜云科技托管數據庫服務將峰值擴展工作量和管理開銷減少 10 倍。由此可見，收益顯而易見。

如果說 Amazon 電商領略到 Amazon Aurora 強大的性能和可擴展性以及低成本優勢，那么九州通則體會到其輕松實現低延時讀寫分離和應對業務負載波峰波谷的優勢。

九州通是一家以西藥、中藥、器械為主要經營產品，以醫療機構、批發企業、零售藥店為主要客戶對象，并為客戶提供信息、物流等各項增值服務的大型企業集團。其中，線上 B2B 業務每年以 30% 以上的速度增長。

其 B2B 系統的業務特點是讀多寫少，讀寫比例在 8:2 到 7:3 之間，經常會出現波峰波谷落差較大的情況。并且，自建 MySQL 方式下，主庫與從庫之間的數據復制延時會超過 1 秒，讀寫分離效果不好，主庫壓力居高不下。

為此，九州通采用 Amazon Aurora，輕松實現數據庫的讀寫分離及按需擴展。使用 Amazon Aurora 數據庫服務，單個 Amazon Aurora 集群可以支持多達 15 個只讀節點，支持在線自動擴展與收縮。整體數據庫性能提升 5 倍，TCO 降低了 50%，實現了跨可用區部署、負載均衡 / 自動故障轉移，精細監控 / 按需自動伸縮等。同時，還有效降低主庫工作負載壓力。此外，在性能和成本上取得高效平衡。借助 Amazon Aurora Auto Scaling 功能，實現只讀副本按需伸縮，滿足業務需求的同時，節省服務器成本。

而虎牙直播在全球化過程中，也選擇了 Amazon Aurora。2018 年初，虎牙直播上線海外產品 Nimo TV，年底，月活用戶達千萬級。產品成功登陸東南亞及拉美地區，2019 年進入西班牙市場。

據悉，在數據庫后臺，虎牙直播使用 DynamoDB 存儲用戶的動態信息，包括支付、狀態、好友關注等信息。相對靜態的信息存儲在 Amazon Aurora 上，如用戶的基礎信息。Amazon Aurora 能自動擴容，且因為計算和存儲分離，當數據量較大時，能單獨升級計算實例，確保性能。同時，異常情況下，通常只需 10 秒左右就能自動實現故障轉移，對終端用戶沒有任何影響。并且，利用其全球數據庫功能，可以提升本地用戶體驗。虎牙直播在亞馬遜云科技亞太（新加坡）區域部署數據庫，在其他區域建立副本，提高當地用戶的使用體驗。

除了適用業務快速增長、低延時讀寫分離、業務負載波峰波谷、全球化部署、存儲擴容、全球化部署以及備份與恢復、容災，Amazon Aurora 還適用最小化系統停機時間、誤刪誤改、圖形化監控及性能調優場景。

去年，亞馬遜云科技在 Gartner 報告《2021 Gartner Magic Quadrant for Cloud Database Management System》中被評為云數據庫領導者，這已是亞馬遜云科技連續七年獲此殊榮。之所以能獲得此評價，源于亞馬遜云科技的不斷創新。

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