在WEB網(wǎng)站的規(guī)模從小到大不斷擴(kuò)展的過程中，數(shù)據(jù)庫的訪問壓力也不斷的增加，數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)也需要動態(tài)擴(kuò)展，在數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展過程基本上包含如下幾步，每一個擴(kuò)展都可以比上一步驟的部署方式的性能得到數(shù)量級的提升。
1、WEB應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫部署在同一臺服務(wù)器上
一般的小規(guī)模的網(wǎng)站采用這種方式，用戶量、數(shù)據(jù)量、并發(fā)訪問量都比較小，否則單臺服務(wù)器無法承受，并且在遇到性能瓶頸的時候升級硬件所需要的費用非常高昂，在訪問量增加的時候，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫都來搶占有限的系統(tǒng)資源，很快就又會遇到性能問題。
2、WEB應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫部署在各自獨立的服務(wù)器上
web應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫分開部署，WEB應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器各司其職，在系統(tǒng)訪問量增加的時候可以分別升級應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，這種部署方式是一般小規(guī)模網(wǎng)站的典型部署方式。在將應(yīng)用程序進(jìn)行性能優(yōu)化并且使用數(shù)據(jù)庫對象緩存策略的情況下，可以承載較大的訪問量，比如2000用戶，200個并發(fā)，百萬級別的數(shù)據(jù)量。
3、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用集群方式部署（比如Oracle的一個數(shù)據(jù)庫多個實例的情況）
數(shù)據(jù)庫集群方式能承擔(dān)的負(fù)載是比較大的，數(shù)據(jù)庫物理介質(zhì)為一個磁盤陣列，多個數(shù)據(jù)庫實例以虛擬IP方式向外部應(yīng)用服務(wù)器提供數(shù)據(jù)庫連接服務(wù)。這種部署方式基本上可以滿足絕大多數(shù)的常見WEB應(yīng)用，但是還是不能滿足大用戶量、高負(fù)載、數(shù)據(jù)庫讀寫訪問非常頻繁的應(yīng)用。
4、數(shù)據(jù)庫采用主從部署方式
在面向大眾用戶的博客、論談、交友、CMS等系統(tǒng)中，有上百萬的用戶，有上千萬的數(shù)據(jù)量，存在眾多的數(shù)據(jù)庫查詢操作，也有較多的數(shù)據(jù)庫寫操作，并且在多數(shù)情況下都是讀操作遠(yuǎn)大于寫操作的。在這個時候，假如能將數(shù)據(jù)庫的讀寫操作分離的話，對于系統(tǒng)來講是一個很大的提高啦。數(shù)據(jù)庫的主從部署方式就走到我們面前啦。
主從復(fù)制：
幾乎所有的主流數(shù)據(jù)庫都支持復(fù)制，這是進(jìn)行數(shù)據(jù)庫簡單擴(kuò)展的基本手段。下面以Mysql為例來說明，它支持主從復(fù)制，配置也并不復(fù)雜，只需要開啟主服務(wù)器上的二進(jìn)制日志以及在主服務(wù)器和從服務(wù)器上分別進(jìn)行簡單的配置和授權(quán)。Mysql的主從復(fù)制是一句主服務(wù)器的二進(jìn)制日志文件進(jìn)行的，主服務(wù)器日志中記錄的操作會在從服務(wù)器上重放，從而實現(xiàn)復(fù)制，所以主服務(wù)器必須開啟二進(jìn)制日志，自動記錄所有對于主數(shù)據(jù)庫的更新操作，從服務(wù)器再定時到主服務(wù)器取得二進(jìn)制日志文件進(jìn)行重放則完成了數(shù)據(jù)的復(fù)制。主從復(fù)制也用于自動備份。
讀寫分離：
為保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性，我們要求所有對于數(shù)據(jù)庫的更新操作都是針對主數(shù)據(jù)庫的，但是讀操作是可以針對從數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行。大多數(shù)站點的數(shù)據(jù)庫讀操作比寫操作更加密集，而且查詢條件相對復(fù)雜，數(shù)據(jù)庫的大部分性能消耗在查詢操作上了。
主從復(fù)制數(shù)據(jù)是異步完成的，這就導(dǎo)致主從數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)有一定的延遲，在讀寫分離的設(shè)計中必須要考慮這一點。以博客為例，用戶登錄后發(fā)表了一篇文章，他需要馬上看到自己的文章，但是對于其它用戶來講可以允許延遲一段時間（1分鐘/5分鐘/30分鐘），不會造成什么問題。這時對于當(dāng)前用戶就需要讀主數(shù)據(jù)庫，對于其他訪問量更大的外部用戶就可以讀從數(shù)據(jù)庫。
數(shù)據(jù)庫反向代理：
在讀寫分離的方式使用主從部署方式的數(shù)據(jù)庫的時候，會遇到一個問題，一個主數(shù)據(jù)庫對應(yīng)多臺從服務(wù)器，對于寫操作是針對主數(shù)據(jù)庫的，數(shù)據(jù)庫個數(shù)是唯一的，但是對于從服務(wù)器的讀操作就需要使用適當(dāng)?shù)乃惴▉矸峙湔埱罄?，尤其對于多個從服務(wù)器的配置不一樣的時候甚至需要讀操作按照權(quán)重來分配。
對于上述問題可以使用數(shù)據(jù)庫方向代理來實現(xiàn)。就像WEB方向代理服務(wù)器一樣，MYsql Proxy同樣可以在SQL語句轉(zhuǎn)發(fā)到后端的Mysql服務(wù)器之前對它進(jìn)行修改。
5、數(shù)據(jù)庫垂直分割
主從部署數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)寫操作占了主數(shù)據(jù)庫的CPU消耗的50%以上的時候，我們再增加從服務(wù)器的意義就不是很大了，因為所有的從服務(wù)器的寫操作也將占到CPU消耗的50%以上，一臺從服務(wù)器提供出來查詢的資源非常有限。數(shù)據(jù)庫就需要重新架構(gòu)了，我們需要采用數(shù)據(jù)庫垂直分區(qū)技術(shù)啦。
最簡單的垂直分區(qū)方式是將原來的數(shù)據(jù)庫中獨立的業(yè)務(wù)進(jìn)行分拆（被分拆出來的部分與其它部分不需要進(jìn)行Join連接查詢操作），比如WEB站點的BLOG和論壇，是相對獨立的，與其它的數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性不是很強(qiáng)，這時可以將原來的的數(shù)據(jù)庫拆分為一個BLog庫，一個論壇庫，以及剩余的表所組成的庫。這三個庫再各自進(jìn)行主從數(shù)據(jù)庫方式部署，這樣整個數(shù)據(jù)庫的壓力就分擔(dān)啦。
另外查詢擴(kuò)展性也是采用數(shù)據(jù)庫分區(qū)最主要的原因之一。將一個大的數(shù)據(jù)庫分成多個小的數(shù)據(jù)庫可以提高查詢的性能，因為每個數(shù)據(jù)庫分區(qū)擁有自己的一小部分?jǐn)?shù)據(jù)。假設(shè)您想掃描1億條記錄，對一個單一分區(qū)的數(shù)據(jù)庫來講，該掃描操作需要數(shù)據(jù)庫管理器獨立掃描一億條記錄，如果您將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)做成50個分區(qū)，并將這1億條記錄平均分配到這50個分區(qū)上，那么每個數(shù)據(jù)庫分區(qū)的數(shù)據(jù)庫管理器將只掃描200萬記錄。
6、數(shù)據(jù)庫水平分割
在數(shù)據(jù)庫的垂直分區(qū)之后，假如我們的BLOG庫又再次無法承擔(dān)寫操作的時候，我們又該怎么辦呢？數(shù)據(jù)庫垂直分區(qū)這種擴(kuò)展方式又無能為力了，我們需要的是水平分區(qū)。
水平分區(qū)意味著我們可以將同一個數(shù)據(jù)庫表中的記錄通過特定的算法進(jìn)行分離，分別保存在不同的數(shù)據(jù)庫表中，從而可以部署在不同的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。很多的大規(guī)模的站點基本上都是主從復(fù)制+垂直分區(qū)+水平分區(qū)這樣的架構(gòu)。水平分區(qū)并不依賴什么特定的技術(shù)，完全是邏輯村面的規(guī)劃，需要的是經(jīng)驗和業(yè)務(wù)的細(xì)分。
如何分區(qū)呢？對于大型的WEB站點來說，必須分區(qū)，并且對于分區(qū)我們沒有選擇的余地，對于那些頻繁訪問導(dǎo)致站點接近崩潰的熱點數(shù)據(jù)，我們必須分區(qū)。
在對數(shù)據(jù)分區(qū)的時候，我們必須要存在一個分區(qū)索引字段，比如USER_ID，它必須和所有的記錄都存在關(guān)系，是分區(qū)數(shù)據(jù)庫中的核心表的主鍵，在其它表中作為外鍵，并且在使用主鍵的時候，該主鍵不能是自增長的，必須是業(yè)務(wù)主鍵才可以。
余數(shù)分區(qū)：
我們可以將User_ID%10后的值為依據(jù)存入到不同的分區(qū)數(shù)據(jù)庫中，該算法簡單高效，但是在分區(qū)數(shù)據(jù)庫個數(shù)有變動的時候，整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需要重新分布。
范圍分區(qū)：
我們可以將User_ID的范圍進(jìn)行分區(qū)，比如1-100000范圍為一個分區(qū)數(shù)據(jù)庫，100001-200000范圍為一個分區(qū)數(shù)據(jù)庫，該算法在分區(qū)數(shù)據(jù)庫個數(shù)有變動的時候，系統(tǒng)非常有利于擴(kuò)展，但是容易導(dǎo)致不同分區(qū)之間的壓力不同，比如老用戶所在的分區(qū)數(shù)據(jù)庫的壓力很大，但是新用戶的分區(qū)數(shù)據(jù)庫的壓力偏小。
映射關(guān)系分區(qū)：
將對分區(qū)索引字段的每個可能的結(jié)果創(chuàng)建一個分區(qū)映射關(guān)系，這個映射關(guān)系非常龐大，需要將它們寫入數(shù)據(jù)庫中。比如當(dāng)應(yīng)用程序需要知道User_id為10的用戶的BLOG內(nèi)容在那個分區(qū)時，它必須查詢數(shù)據(jù)庫獲取答案，當(dāng)然，我們可以使用緩存來提高性能。
這種方式詳細(xì)保存了每一個記錄的分區(qū)對應(yīng)關(guān)系，所以各個分區(qū)有非常強(qiáng)的可伸縮性，可以靈活的控制，并且將數(shù)據(jù)庫從一個分區(qū)遷移到另一個分區(qū)也很簡單，也可以使各個分區(qū)通過靈活的動態(tài)調(diào)節(jié)來保持壓力的分布平衡。
