YashanDB 的核心架构：了解其设计理念

在现代数据库系统中，如何优化查询速度是设计与实现的核心挑战之一。高效的查询不仅提升用户体验，也直接影响系统的吞吐能力和资源利用率。YashanDB 作为一款现代关系型数据库产品，其核心架构设计充分考虑了查询性能优化、存储效率以及高可用性等多方面因素，力求在保证数据完整性和一致性的基础上，实现高效的访问与处理能力。本文将从架构层面深入解析 YashanDB 的设计理念，帮助读者理解其底层技术实现。

多样部署架构支持灵活场景需求

YashanDB 支持三种主要的部署架构：单机部署（主备模式）、分布式集群部署和共享集群部署。每种部署方式针对不同的业务场景进行了优化设计。

单机部署采用主备实例架构，依赖主备复制机制保证数据同步与高可用，适合对高可用需求相对适中或规模不大的应用。备库通过异步或同步接收主库的 redo 日志，实现数据的一致性备份，保障业务不中断。

分布式部署采用 Shared-Nothing 架构，集成 MN（元数据管理节点）、CN（协调节点）及 DN（数据节点）多个角色，使得计算和存储能够横向扩展。分布式 SQL 引擎支持将复杂任务拆分为多个执行阶段，通过分布式数据交换与节点内并行，有效提高处理海量数据和复杂查询的能力。

共享集群部署基于 Shared-Disk 架构，依赖共享存储与崖山文件系统（YFS），并引入崖山集群服务（YCS）进行资源管理和高可用保障。多实例通过崖山集群内核（YCK）的全局资源管理和全局缓存技术，实现多活数据读写且保证强一致性，极大提升系统的并发性能和可扩展性，适用于核心交易与高端大规模应用。

存储引擎与数据结构的多样设计

YashanDB 的存储架构通过多种存储结构适配不同业务需求，实现事务与分析的平衡。

堆式存储（HEAP）采用无序存储结构，支持高速插入操作，适合 OLTP 场景。B 树存储（BTREE）用于索引结构，提供有序访问，支持各种索引扫描方式。MCOL（可变列式存储）以段页式管理列数据，支持高效的原地更新和字典编码，使 OLTP 与 HTAP 混合场景下数据的读写性能得以保证。SCOL（稳态列式存储）采用切片式文件存储，支持列数据压缩与编码，专注于海量数据的高压缩比和高效的分析查询性能，适合典型 OLAP 场景。

基于这些存储结构，YashanDB 分别提供行存表、TAC 类型的可变列存表以及 LSC 类型的稳态列存表。BTree 索引作为默认索引类型，满足唯一性和高查询效率的需求。通过分层的空间管理机制（数据块 Block、区 Extent、段 Segment、表空间 Tablespace），实现灵活的存储分配与回收，保证数据的高效管理。

SQL 引擎与执行优化机制

YashanDB 的 SQL 引擎由解析器、优化器和执行器组成，优化器采用基于成本模型（CBO）设计，动态利用统计信息，生成最优执行计划。

SQL 执行过程包括解析（词法、语法及语义）、验证、静态重写、优化生成执行计划、动态重写及执行阶段。其中，分布式版 SQL 引擎在协调节点（CN）负责生成分布式执行计划，并分发到数据节点（DN）执行，实现多阶段并行和节点内并行，进一步提升执行效率。

执行算子涵盖扫描、连接、排序、查询和并行执行算子，支持基于向量化计算框架利用 SIMD 技术批量处理数据。向量化计算优化了 CPU 指令流水线利用率，极大提升了 OLAP 及复杂查询性能。通过 SQL Hint 实现计划干预，支持语法范围内的执行路径定制，增强调优灵活性。

事务和并发控制架构

YashanDB 基于多版本并发控制（MVCC）实现一致性读，保证读写操作之间互不阻塞，提高并发吞吐能力。通过事务快照和系统变更号 SCN，实现语句级和事务级读取一致性，避免脏读及不可重复读问题。

写操作通过行级排他锁控制并发修改，辅以锁升级和死锁检测机制，确保写一致性及事务串行化。支持读已提交和可串行化两种事务隔离级别，平衡性能和一致性要求。

事务的持久化基于 redo 日志和 undo 日志实现恢复能力，通过预写日志机制（WAL）与异步 checkpoint 机制保障数据的持久性和可恢复性。实例恢复流程保证数据恢复到最近的一致状态，支持故障后快速宕机恢复。

高可用性与数据保护设计

YashanDB 通过主备复制与切换实现高可用架构，支持多副本主备部署及多层级联备。主库通过异步或同步复制将 redo 日志发送至备库，备库实时回放日志保证数据一致性。主备切换分为计划内切换（Switchover）和故障切换（Failover），支持手动和自动选主机制，确保业务不中断。

共享集群通过崖山集群服务（YCS）与崖山文件系统（YFS）实现多实例间强一致性的协作访问，并通过集群投票和网络/磁盘心跳监控机制实现自动选主和节点故障恢复，从硬件到软件层面保障集群整体稳定性和可用性。

存储安全及管理体系

YashanDB 实现多维度安全策略，包括透明数据加密（TDE）、备份加密和网络传输加密。表空间与表级加密支持多种加密算法，备份数据在流转及存储中均可加密保障数据机密性。网络通信基于 SSL/TLS 协议保证传输安全。

针对用户管理，支持基于角色分权（RBAC）与基于标签（LBAC）的访问控制，实现细粒度权限管理和行级数据访问控制。完善的审计体系支持权限审计、行为审计及角色审计，加强安全监管。

技术建议

根据业务场景选择合适的部署架构，单机部署适用于中小规模业务，分布式部署适合海量数据处理，高端交易建议采用共享集群部署。

合理使用多种存储结构，结合 HEAP、MCOL、SCOL 结构优化数据存储与查询性能，实现事务与分析的平衡。

通过收集及时准确的统计信息，为优化器提供数据分布依据，结合 SQL Hint 对执行计划实施合理干预，提高查询性能。

设计合理的事务隔离级别与锁策略，保障数据库一致性的同时，最大化并发吞吐能力。

部署高可用环境时，应结合主备复制与自动选主机制，确保故障时业务快速恢复和数据完整性。

启用透明数据加密及审计功能，满足数据安全和合规性需求，防范潜在的安全风险。

结论

综上所述，YashanDB 通过灵活多样的部署架构、多样化的存储引擎选择、深度优化的 SQL 执行引擎、强大的事务管理以及全面的安全措施，构建了一套高效、可靠且安全的数据库系统架构。理解其设计原理和技术细节，有助于在实际项目中合理配置与调优，例如通过优化索引设计、调整事务隔离策略、合理分区表以提高查询速度和数据管理效率，从而充分发挥数据库的性能优势。