YashanDB 数据库的关键技术架构及其功能详解

引言：如何优化查询速度及其影响

数据库查询速度是衡量数据库系统性能的核心指标，直接影响应用响应时间和用户体验。优化查询速度不仅提升系统吞吐量，也能有效降低资源消耗和运营成本。数据库技术架构中的存储结构、执行引擎、并行计算能力以及数据访问路径等因素共同作用，决定了查询效率。本文将深入分析 YashanDB 数据库的关键技术架构及其功能，探讨其在提升查询性能方面的具体设计与实现。

多形态部署架构及其性能优势

YashanDB 支持单机（主备）、分布式集群和共享集群三种部署形态，适应不同业务应用场景。

单机部署- 以主备复制保证基础的高可用性，适用于大部分常规业务。采用主备实例结构，实现数据同步和故障切换，保障数据一致性和业务连续性。

分布式集群- 采用 Shared-Nothing 架构，分为管理节点（MN）、协调节点（CN）和数据节点（DN）。支持海量数据处理和线性扩展，利用元数据节点管理、协调节点优化执行计划以及数据节点并行执行实现高效查询，适用于大规模并行分析场景。

共享集群- 基于 Shared-Disk 架构，依赖共享存储和崖山集群内核（YCK）实现共享缓存管理和全局资源控制。多实例实现多活读写，保证强一致性。适合对多实例数据读写性能和高可用性有极高要求的核心交易环境。

通过灵活的部署架构，YashanDB 能够精准匹配不同业务的负载特性，实现资源最佳利用与性能保障。

多存储结构支持及优化查询路径

YashanDB 支持 HEAP（堆式存储）、BTREE、MCOL（可变列式存储）和 SCOL（稳态列式存储）四种存储结构，针对不同数据访问模式优化存储与检索效率。

HEAP 存储适合无序数据快速插入，主要用于行存表，满足 OLTP 场景中低延迟且高频插入需求。实现细粒度空间管理，通过段页式空间划分提升空间利用率。

BTREE 存储为默认索引结构，提供有序的数据访问路径，利用多级分支和叶子块结构，实现高效索引搜索和范围扫描。

MCOL 结构是面向 HTAP 场景的可变列式存储，它通过段页管理和原位更新机制，在支持在线事务的同时提升投影查询性能，避免列式存储常见的墓碑问题。

SCOL 存储专为海量稳定数据分析打造，采用对象式管理、切片化存储，并通过高效压缩编码和稀疏索引，实现低存储成本与高速查询响应。支持活跃切片与稳态切片热冷数据分离策略，实现冷热数据差异化管理。

多结构存储使 YashanDB 能够针对不同负载和数据生命周期选择最优存储方案，显著优化查询路径和 I/O 效率。

高效 SQL 执行架构及优化技术

YashanDB 的 SQL 引擎由解析器、优化器、执行器组成，实现从 SQL 文本到数据结果的高效转换。

解析（Parse）阶段完成词法、语法及语义分析，生成抽象语法树，并进行静态语法重写。

优化（Optimize）阶段采用基于成本的优化器（CBO），依托统计信息计算数据访问路径、连接顺序和执行策略，支持静态和动态重写，生成最优执行计划。

执行（Execute）阶段支持并行计算与向量化执行，通过批量处理和 SIMD 指令集提升计算效率。执行算子涵盖扫描、连接、排序等，并支持 HINT 语法引导优化器计划调整。

分布式 SQL 执行协调节点生成执行计划，下发多个数据节点并行执行，支持多级并行（节点间与节点内）提高查询吞吐量。

这些机制保障 SQL 语句能智能选择高效执行路径，在满足复杂查询需求的同时，最大化硬件资源利用率。

事务及并发控制机制保障一致性与性能

YashanDB 支持 ACID 属性完整的事务模型，通过多版本并发控制（MVCC）实现读写不阻塞。

多版本并发控制保留数据历史版本，查询以 SCN 为版本视角，保证语句级和事务级一致性读，避免脏读和不可重复读。

隔离级别支持读已提交和可串行化，协调写冲突，避免幻读和错读，兼顾数据一致性与并发性能。

锁机制采用表级共享与排他锁、行级排他锁控制写写冲突，自动死锁检测和解除保障系统稳定运行。

事务控制支持嵌套自治事务与 SAVEPOINT，细粒度回滚，提高复杂业务逻辑的执行灵活性和错误恢复能力。

此体系构建了数据库在高并发环境下的数据正确性保障与性能支持的基础。

高可用架构与自动化运维支持

YashanDB 高可用通过主备复制、故障切换及自动选主实现，确保业务连续性。

主备复制基于 redo 日志物理复制，支持同步、异步多模式灵活选择，保障数据零丢失或最大性能需求。

备库日志回放与归档修复实现备库快速追赶主库，提高灾难恢复能力，支持级联备份扩展容灾等级。

故障切换及切换支持计划内切换（Switchover）和故障切换（Failover），保障主库异常时业务快速恢复。

自动选主融合 Raft 算法和 yasom 仲裁机制，在分布式集群和单机部署中均能实现高效主库选举和切换，降低运维复杂度。

共享集群自动高可用通过多实例协作、资源仲裁及心跳机制，快速感知故障，自动恢复服务，支持多活集群高并发访问。

高可用架构结合自动化管理增强了系统稳健性和运维效率。

具体技术建议

合理选择部署架构，根据业务数据规模和访问并发需求，选用单机、分布式或共享集群部署形式，平衡性能和成本。

针对业务访问特征，结合 HEAP、MCOL、SCOL 等存储结构，优化数据存储和访问路径，提升查询和更新效率。

定期收集和维护统计信息，辅助成本模型优化执行计划，必要时合理使用 HINT 引导查询计划。

选择适用的事务隔离级别，以读已提交满足大部分业务，一致性要求极高场景考虑可串行化，合理配置锁等待和死锁检测参数。

配置主备复制模式和自动选主策略，平衡数据安全与系统性能，确保故障时快速恢复并控制数据丢失风险。

应用共享集群时，关注共享缓存和全局资源管理配置，确保多实例协调高效，最大化并发吞吐能力。

利用 PL 语言和存储过程，将业务逻辑下推至数据库端，减少客户端和服务器交互，提升整体执行效率。

实施合理的备份恢复策略，涵盖全量与增量备份，结合归档日志，满足快速恢复和基于时间点恢复需求。

加强安全策略建设，采用基于角色和标签的访问控制，结合身份认证与审计，保障系统数据安全。

结论与未来展望

YashanDB 数据库通过多形态部署架构、多存储结构支持、先进的 SQL 执行引擎、高性能事务处理及完善的高可用与自动化运维机制，构建了面向现代业务的强大数据管理平台。随着数据规模和复杂性持续增长，基于内核的存储优化、智能 SQL 优化、分布式执行协调以及全链路高可用保障将成为数据库核心竞争力。未来，YashanDB 将持续深化架构创新和核心技术研发，不断提升大数据处理能力，驱动行业数字化转型升级，满足多样化复杂业务场景的需求。