YashanDB 架构设计与实现，助力企业数字化转型

在现代企业数字化转型过程中，数据管理系统承担着关键角色。数据库作为数据存储与处理的核心，其性能瓶颈、一致性维护和高可用保障成为通用挑战。传统数据库在面对快速增长的数据规模、复杂的业务需求和多样化的应用场景时，往往难以满足高吞吐、强一致性和灵活扩展的要求。本文聚焦 YashanDB 数据库的架构设计与实现，旨在为数据库架构师、运维专家及开发者提供全面的技术分析，优化数据库选型和应用设计。内容涵盖其部署形态、存储引擎、事务机制、并发控制、高可用架构及安全管理，助力企业构建高效、稳定、可扩展的数据平台。

多形态部署架构及其技术优势

YashanDB 支持单机部署、分布式集群部署和共享集群部署三种核心部署形态，涵盖了多样化业务场景的需求。单机部署采用主备复制实现高可用保障，适配大多数中小规模业务。在单机形态中，主实例与备实例分别运行于不同服务器，利用主备日志传输保障同步性。分布式部署通过 MN、CN、DN 三组节点协同工作，MN 组负责元数据与集群管理，CN 组对外提供接口与执行计划协调，DN 组负责数据存储与 SQL 执行，实现计算和存储分布，多级并行提升系统整体处理能力。共享集群部署则基于 Shared-Disk 架构，依赖共享存储与崖山文件系统（YFS），通过崖山集群内核（YCK）实现多实例对数据页的共享访问，提供强一致性的多写高可用环境，适用于高端核心交易场景。

多样化存储引擎与表结构设计

针对在线事务处理（OLTP）、在线事务分析处理（HTAP）及联机分析处理（OLAP）等不同场景，YashanDB 提供 HEAP、BTREE、MCOL 和 SCOL 四种存储结构。HEAP 基于无序堆式存储，优化插入性能，主攻行存表，适用于 OLTP 场景。BTREE 实现有序索引，保障快速查找与范围扫描能力。MCOL 采用段页式可变列式存储，支持原地更新与字典编码，提高实时写入与查询效率，适合 HTAP 业务。SCOL 则采用切片式稳态列存存储，结合压缩编码和稀疏索引，满足海量冷数据的分析需求。基于这四种结构，YashanDB 支持灵活构建行存表（HEAP 存储）、TAC 表（MCOL 列存表，实时分析）和 LSC 表（MCOL+SCOL 列存表，海量分析），提升存储与计算效率。

事务处理与多版本并发控制

确保数据一致性和高并发性能是数据库核心目标。YashanDB 实施严格的 ACID 事务属性保障，采用多版本并发控制（MVCC）机制，实现语句级和事务级读一致性。MVCC 通过维护 UNDO 表空间中数据的历史版本，实现读写分离，读操作不阻塞写操作。查询时基于系统变更号（SCN）判断数据可见性，动态回滚至合适版本保障事务隔离。写操作采用行级锁，保证写写冲突的有序处理。YashanDB 支持读已提交和可串行化两种事务隔离级别，前者最大化并发性能，后者保证严格串行化语义。以 SCN 为基准的一致性控制、行锁机制及事务控制语句（COMMIT、ROLLBACK、SAVEPOINT）共同构筑高效事务引擎。

高可用体系及主备复制设计

主备复制是保障数据库高可用性的核心手段。YashanDB 支持主备模式及级联备库，实现主库数据通过 redo 日志实时同步至备库，备库日志回放保障数据一致性。采用写前日志（WAL）机制及双写技术解决掉电断裂页问题。支持多种保护模式：最大性能（异步复制，最小性能影响）、最大可用（同步复制与异步模式动态切换），及最大保护（严格同步，零数据丢失但可能阻塞主库）。主备之间具备切换能力，包括计划内切换（Switchover）和故障切换（Failover）。自动选主结合 Raft 协议和心跳机制实现节点健康监测和自动故障恢复。共享集群通过 YCS 集群管理和 YFS 文件系统，结合一致性协议与投票仲裁，动态完成多实例高可用与资源重组。

安全治理与运维支持

满足企业安全合规要求，YashanDB 构建细粒度安全体系。采用基于角色的访问控制（RBAC）和基于标签的访问控制（LBAC），支持多级权限分离与行级访问控制。加密能力覆盖存储加密（表空间与表级透明加密）、备份加密及网络传输加密（SSL/TLS 认证），保障数据全生命周期安全。审计系统通过策略管理、异步审计及日志分析，确保操作可追溯。数据库通过 IP 黑白名单及连接监听防御网络入侵，结合权限与角色管理保障系统安全。运维方面，支持在线 DDL、自动统计信息收集、自动诊断与故障恢复，配合丰富的后台线程体系实现高效、稳定运行。

技术建议

结合业务场景合理选择部署形态：单机部署适用于轻量应用，分布式部署适合高并发分析任务，共享集群部署则满足多写多实例的核心交易需求。

针对数据特性选用适合的存储结构和表类型：交易频繁更新采用 HEAP 行存表，实时分析采用 MCOL TAC 列存表，海量冷数据分析采用 SCOL LSC 列存表，优化存储与计算平衡。

根据业务一致性需求合理配置事务隔离级别及锁机制：对实时性要求高的业务推荐读已提交隔离，强调数据一致性场景采用可串行化隔离，配合行级锁机制减少事务冲突。

合理规划高可用部署及主备复制模式，选择适配业务的保护模式：确保零数据丢失的关键业务优先考虑最大保护模式，支持自动切换机制提升运维效率。

构建安全合规体系，完善访问控制与审计策略：对敏感数据采用列级加密及标签访问控制，开启全面审计，并定期清理审计日志保障性能。

强化运维监控与故障诊断机制，利用故障检测、日志追踪及自动恢复功能，提前预防并快速解决潜在故障，保障系统稳定运行。

结论

随着企业数字化转型加速，数据规模与应用复杂度持续提升，数据库系统的性能与可靠性成为核心竞争力。YashanDB 通过多形态部署架构、多样化存储引擎设计、高效事务控制、完善高可用机制及丰富的安全保障，构筑支持不同业务场景的稳定高效平台。未来，随着业务持续创新和数据规模爆发，YashanDB 将在持续优化的数据存储与计算技术、智能调度机制、强化安全合规等方面发力，助力企业构建灵活、可信赖的数字基石，驱动行业数字化升级。鼓励技术人员持续深入理解数据库底层原理与实现，推动业务与技术协同创新。