5 个重要因素助你理解 YashanDB 的架构设计

如何优化数据库的查询速度与并发性能是当前数据库技术领域的重要课题之一。数据库架构设计的合理性直接影响系统的稳定性、扩展性和性能表现。本文聚焦于 YashanDB 数据库，通过剖析其架构设计中的五个关键因素，探讨如何实现高性能、高可用以及灵活扩展，力求为数据库设计者和应用开发者提供具体的技术指导。

1. 多部署形态与灵活的数据存储架构

YashanDB 支持单机部署、分布式集群部署及共享集群部署三种主要架构，这种多样化部署形态满足不同业务场景对性能与可用性的需求。单机部署基于主备复制保障基本的高可用，适合中小规模应用。分布式部署采用 Shared-Nothing 架构，通过管理节点（MN 组）、协调节点（CN 组）和数据节点（DN 组）实现数据分片与负载均衡，满足海量数据分析和高吞吐需求。共享集群部署则依赖共享存储和聚合内存技术，采用崖山集群内核和文件系统，实现多实例数据读写的强一致性和高扩展性。

YashanDB 支持 HEAP（行存）、BTREE 索引、MCOL 和 SCOL（列存）等多种存储结构，并在此基础上区分出行存表、在线事务分析列存表（TAC）和大规模分析列存表（LSC）。这种多样存储引擎能够根据业务特点选择合适的数据组织方式，兼顾 OLTP 和 OLAP 负载，实现数据存储结构的灵活优化。

2. 高效的存储引擎与空间管理

存储引擎是 YashanDB 的核心组件之一，其采用段区页三级空间管理策略，结合段（Segment）、区（Extent）和数据块（Block）三级逻辑结构，合理组织数据存储和空间分配。数据库对象通过不同段类型承载数据、索引和事务版本信息，支持灵活的空间扩展和回收。

特别地，段空间管理利用空闲空间列表对数据页空闲度分类管理，最大化并发插入性能并减少行迁移。PCT Free 参数保证数据页预留足够空闲空间以优化更新性能。LSC 表的切片式对象存储结构利用切片文件和数据桶技术提升海量数据访问效率，配合对象式管理及压缩编码提供高性能查询支持。

3. 强大的多版本并发控制（MVCC）与事务管理

为了满足高并发读写需求，YashanDB 严格实现事务的 ACID 特性和多版本并发控制（MVCC）。通过为每个事务分配全局唯一事务 ID 及使用系统变更号（SCN）实现语句级和事务级一致性读，读写操作相互隔离且互不阻塞，保证查询结果的一致性并提升系统并发吞吐。

写一致性机制通过对写入冲突进行检测与重试，确保跨分区数据变更过程中的一致性。系统支持读已提交和可串行化事务隔离级别，通过行锁和表锁对数据操作进行严格并发控制。同时，支持死锁检测和自动处理，维护系统稳定性和事务健康。

4. 分布式 SQL 引擎与并行执行框架

在分布式部署形态下，YashanDB 采用协调实例（CN）与数据实例（DN）分工协作实现分布式 SQL 执行。协调实例负责 SQL 解析、优化及分布式执行计划的生成，数据实例负责数据持久化及并行执行计划的执行。基于 MPP 架构，通过节点间水平切分与节点内垂直切分，充分利用 CPU 多核优势实现高效并行计算。

同时，YashanDB 支持向量化计算技术，利用 SIMD 批量计算提升执行效率。数据交换机制确保跨节点数据合理调度，支持复杂的分布式查询、数据合并和聚合操作。优化器基于成本模型动态选择最优查询计划，并支持 Hint 提示以辅助调优。

5. 高可用机制与共享集群管理

YashanDB 通过主备复制与故障切换机制保障数据库高可用。主库通过 WAL 机制将 redo 日志传输到备库，备库通过日志回放实现数据同步。支持手动和自动选主，结合 Raft 算法和 Yasom 仲裁技术实现分布式环境中的自动主备切换和仲裁，减少运维复杂性。

共享集群部署形态引入崖山集群服务（YCS）及崖山文件系统（YFS），分别提供分布式资源管理和高性能并行文件管理。YCK 通过聚合内存技术实现全局资源、缓存和锁的协调访问，保障多实例读写强一致性。YCS 通过网络和磁盘心跳完成集群节点状态监控与投票仲裁，保证集群故障时的快速重组与恢复。

技术建议

根据业务规模和性能需求，合理选择 YashanDB 的部署形态，确保架构适配业务场景。

结合表结构和访问特点，选择合适的存储结构（HEAP、MCOL、SCOL）和合理配置表空间管理参数以优化空间利用和查询性能。

针对复杂并发场景，启用事务隔离和完善的 MVCC 机制，避免读写阻塞并保证数据一致性。

利用分布式 SQL 引擎的并行执行与向量化计算能力提升海量数据的查询性能，同时结合优化器 Hint 指导复杂 SQL 执行计划。

部署主备复制和共享集群的高可用机制，结合自动选主和故障转移保障数据库业务连续性和系统稳定性。

结论

本文深入解析了 YashanDB 架构的核心要素，包括多样化部署形态、多层存储引擎、完善的事务机制、高效的分布式计算框架及强大的高可用保障。理解这些技术原理和最佳实践，有助于数据库设计者和应用开发人员针对具体业务环境优化系统性能与稳定性。建议结合实际业务需求在数据存储组织、事务隔离、执行策略及高可用设计中采用合适方案，充分发挥 YashanDB 架构的技术优势，实现高效、可靠的数据库服务。