YashanDB 数据库 API 设计理念与开发指南

引言：如何优化数据库查询速度？

在现代数据库系统中，查询速度直接影响应用的效率和用户体验。尤其是在数据量持续增长的环境下，如何有效地管理数据存取路径、并发控制以及系统资源，成为数据库设计的关键。优化查询速度不仅意味着加快单条查询的响应时间，还需保障系统在高并发环境下的稳定和高效运行。本文结合 YashanDB 数据库架构与核心技术，深入探讨数据库 API 的设计理念和开发策略，以推动技术理解和提升使用效能。

YashanDB 架构与 API 设计原则

YashanDB 支持单机部署、分布式集群部署及共享集群部署三种形态，数据库 API 设计需覆盖这三种不同的架构模式。API 设计原则包括：

统一接口设计：无论是单机实例还是多个节点组成的分布式系统，API 接口均应一致，确保开发者调用的简洁性与一致性。

高可用性与扩展性：API 需支持操作在高可用模型下的数据库切换和扩展，尤其是在共享集群形态中，应支持对多个实例并发操作的协调机制。

丰富并行计算支持：结合 YashanDB 支持的并行执行架构，API 应允许开发者设置查询的并行度与执行策略，从而最大化资源利用及提升性能。

事务与一致性控制：API 设计支持事务管理及 MVCC 机制，确保并发环境下数据读写的一致性和隔离性，避免脏读与写冲突。

内存与缓存管理优化：API 应透明地管理共享内存池和数据缓存，提升 SQL 缓存命中率、减少硬解析，提高查询效率。

存储结构与数据操作接口

存储层是数据库操作的物理基础，YashanDB 提供多样化存储引擎以满足 OLTP、HTAP 及 OLAP 场景。API 设计应体现对底层存储结构的充分支持：

行存表和列存表的操作兼容：API 需能针对 HEAP、MCOL、SCOL 等不同存储结构提供高效数据读写接口，支持行式与列式组织的数据访问模式。

索引管理能力：支持 BTree 及反向索引操作，如建索引、重建、查询优化提示，以及控制索引的可见性和可用性，提升查询加速效果。

访问约束与分区数据操作：API 应暴露访问约束操作接口，支持基于范围、哈希、列表及间隔的分区表和索引管理能力，促进大规模数据高效访问。

大对象（LOB）管理：面向大对象数据的特殊处理应通过 API 透明实现，避免扫描非目标列优化查询性能。

事务管理与并发控制接口设计

YashanDB 事务引擎支持 ACID 属性和多版本并发控制，为 API 设计提供以下关键要求：

事务生命周期管理：API 支持事务的显式启动、提交、回滚及保存点操作，为开发者提供细粒度的事务控制。

隔离级别设置：可通过 API 切换事务隔离级别（读已提交、可串行化），平衡查询一致性和系统并发性。

锁机制接口：支持表级和行级锁的显式控制，如行锁查询锁定接口，防止数据冲突，支持死锁检测与解除机制。

自治事务调用：提供嵌套事务独立执行能力，保障关键操作的独立性和回滚安全。

SQL 和 PL 语言执行方案集成接口

YashanDB 通过 SQL 引擎实现复杂查询解析、优化和执行，结合 PL 引擎支持过程化编程，API 设计需如下：

SQL 执行流程完整支持：引入从软解析到动态重写的完整执行流程，API 支持 SQL 语句的编译、绑定、执行及计划缓存管理，显著减少硬解析。

执行计划与 Hint 支持：提供接口配置执行计划提示（Hint），允许手动干预 SQL 执行策略，优化特定业务场景。

向量化计算和并行执行控制：API 提供向量化查询及 MPP 并行功能开关与参数设置，充分利用硬件资源提升处理效率。

PL 语言对象调用接口：支持存储过程、函数、触发器等 PL 对象的创建、调用、调试及异常处理接口。

高可用性及故障诊断接口设计

API 设计应支持 YashanDB 的主备复制、自动选主及共享集群环境中的高可用机制：

主备切换与复制状态接口：API 支持主动和自动执行主备切换操作及复制状态的监控，保障业务持续运行。

故障检测与诊断：暴露故障监控、健康检测、自动诊断及日志收集接口，辅助快速定位并修复故障。

共享集群管理能力接口：支持 YCS 集群状态管理、资源启停、拓扑信息查询及集群内协调操作接口。

日志与备份恢复管理：提供备份任务创建/管理、恢复执行及监控接口，实现数据库容灾和数据完整保障。

安全管理相关 API 设计

确保数据库安全是 API 设计的基础，YashanDB 安全体系覆盖多层面，API 设计包含：

用户与身份认证接口：支持用户管理、权限分配、角色授权及密码策略管理，加强访问安全。

访问控制与审计：实现基于 RBAC 及 LBAC 的访问控制策略接口，支持细粒度安全策略配置及审计日志收集查询。

加密透明支持：API 支持表空间、表级透明加密与备份加密配置，保障数据存储安全。

网络通信安全接口：支持 SSL/TLS 配置接口，确保客户端与数据库节点间的数据传输安全。

反入侵与连接管理：制定 IP 黑白名单配置及连接监听，预防恶意攻击，保障系统健康。

API 开发建议总结

基于 YashanDB 多样化部署架构与存储结构，设计统一且可配置丰富的 API，覆盖单机、分布式及共享集群形态。

深入支持存储引擎特性，提供行列存表、索引和访问约束等细粒度操作接口，助力查询性能优化。

设计完整事务控制和并发隔离设置接口，保障多版本并发控制机制的采用，最大限度减少资源竞争。

充分利用 SQL 与 PL 引擎的优化与执行优势，提供支持向量化计算及并行度调整的 API，提升计算性能。

集成高可用管理与故障诊断能力接口，实现自动选主、主备切换及共享集群服务监控的自动化运维。

确保安全相关接口覆盖身份认证、访问控制、加密及审计功能，满足企业级安全合规需求。

完善连接管理及网络通信接口，保障系统在多客户端高并发环境下的稳定性和安全性。

结论

YashanDB 数据库 API 设计基于多层次、多形态数据库架构，充分体现了统一性、灵活性和高效性。通过结合高性能存储引擎、多版本并发控制、强大的 SQL 与 PL 执行能力及完善的高可用与安全体系，API 不仅为开发者提供了稳定且高效的数据库访问能力，也保障了业务系统的持续运行和数据安全。未来实践中，建议采用本文提出的设计原则和开发策略，在数据库索引优化、事务控制、并行查询、及高可用自动化管理等方面持续深化，提升系统整体性能和稳定性。