NewSQL数据库TiDB到底是什么？

我会带着你远行 2022-09-10 14:28 282阅读 0赞

TiDB 是 PingCAP 公司自主设计、研发的开源分布式关系型数据库，是一款同时支持在线事务处理与在线分析处理 (Hybrid Transactional and Analytical Processing, HTAP) 的融合型分布式数据库产品，具备水平扩容或者缩容、金融级高可用、实时 HTAP、云原生的分布式数据库、兼容 MySQL 5.7 协议和 MySQL 生态等重要特性。目标是为用户提供一站式 OLTP (Online Transactional Processing)、OLAP (Online Analytical Processing)、HTAP 解决方案。TiDB 适合高可用、强一致要求较高、数据规模较大等各种应用场景。

## TiDB架构 ##

TiDB在整体架构基本是**参考 Google Spanner 和 F1** 的设计，上分两层为 TiDB 和 TiKV 。 TiDB 对应的是 Google F1， 是一层无状态的 SQL Layer ，兼容绝大多数 MySQL 语法，对外暴露 MySQL 网络协议，负责解析用户的 SQL 语句，生成分布式的 Query Plan，翻译成底层 Key Value 操作发送给 TiKV ， TiKV 是真正的存储数据的地方，对应的是 Google Spanner ，是一个分布式 Key Value 数据库，支持弹性水平扩展，自动的灾难恢复和故障转移（高可用），以及 ACID 跨行事务。值得一提的是 TiKV 并不像 HBase 或者 BigTable 那样依赖底层的分布式文件系统，在性能和灵活性上能更好，这个对于在线业务来说是非常重要。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6IKl5Y-U6I-M_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
所以一套集群是又这样的3类角色共同组建而成。每个部分的解释如下：

### TiDB Server ###

TiDB Server 负责接收 SQL 请求，处理 SQL 相关的逻辑，并通过 PD 找到存储计算所需数据的 TiKV 地址，与 TiKV 交互获取数据，最终返回结果。 TiDB Server 是无状态的，其本身并不存储数据，只负责计算，可以无限水平扩展，可以通过负载均衡组件（如LVS、HAProxy 或 F5）对外提供统一的接入地址。

### PD Server ###

Placement Driver (简称 PD) 是整个集群的管理模块，其主要工作有三个： 一是存储集群的元信息（某个 Key 存储在哪个 TiKV 节点）；二是对 TiKV 集群进行调度和负载均衡（如数据的迁移、Raft group leader 的迁移等）；三是分配全局唯一且递增的事务 ID。 PD 是一个集群，需要部署奇数个节点，一般线上推荐至少部署 3 个节点。

### TiKV Server ###

TiKV Server 负责存储数据，从外部看 TiKV 是一个分布式的提供事务的 Key-Value 存储引擎。存储数据的基本单位是 Region，每个 Region 负责存储一个 Key Range （从 StartKey 到 EndKey 的左闭右开区间）的数据，每个 TiKV 节点会负责多个 Region 。TiKV 使用 Raft 协议做复制，保持数据的一致性和容灾。副本以 Region 为单位进行管理，不同节点上的多个 Region 构成一个 Raft Group，互为副本。数据在多个 TiKV 之间的负载均衡由 PD 调度，这里也是以 Region 为单位进行调度。 当然做这件事情，我是认真的，而不是简单试一下就完事了。我列了一个基本的计划，来看看是否能够满足一些痛点，改进一些情况。

## TiDB开发语言 ##

在 TiDB 研发语言的选择过程中，放弃了 Java 而采用 Go 。TiDB整个项目分为两层，TiDB 作为 SQL 层，采用 Go 语言开发， TiKV 作为下边的分布式存储引擎，采用 Rust 语言开发。在架构上确实类似 FoundationDB，也是基于两层的结构。 FoundationDB 的 SQL Layer 采用 Java ，底层是 C++ ，不过在去年，被 Apple 收购了。 在选择编程语言并没有融入太多的个人喜好偏向， SQL 层选择 Go 相对 Java 来说：

第一是 他们团队的背景使用 Go 的开发效率更高，而且性能尚可，尤其对于高并发程序而言，可以使用 goroutine / channel 等工具用更少的代码写出正确的程序；

第二是 在标准库中很多包对网络程序开发非常友好，这个对于一个分布式系统来说非常重要；

第三是 在存储引擎底层对于性能要求很高，Go 毕竟是一个带有 GC 和 Runtime 的语言，在 TiKV 层可以选择的方案并不多，过去基本只有 C 或 C++，不过近两年随着 Rust 语言的成熟，又在经过长时间的思考和大量实验，最终他们团队选择了 Rust（ Rust是Mozilla开发的注重安全、性能和并发性的编程语言。“Rust”，由web语言的领军人物Brendan Eich（js之父），Dave Herman以及Mozilla公司的Graydon Hoare 合力开发。）。

## 与 MySQL 兼容性对比 ##

TiDB 支持包括跨行事务，JOIN 及子查询在内的绝大多数 MySQL 的语法，用户可以直接使用现有的 MySQL 客户端连接。如果现有的业务已经基于 MySQL 开发，大多数情况不需要修改代码即可直接替换单机的 MySQL。

包括现有的大多数 MySQL 运维工具（如 PHPMyAdmin, Navicat, MySQL Workbench 等），以及备份恢复工具（如 mysqldump, mydumper/myloader）等都可以直接使用。

不过一些特性由于在分布式环境下没法很好的实现，目前暂时不支持或者是表现与 MySQL 有差异。

一些 MySQL 语法在 TiDB 中可以解析通过，但是不会做任何后续的处理，例如 Create Table 语句中 Engine 以及 Partition 选项，都是解析并忽略。更多兼容性差异请参考具体的文档。

### 不支持的特性 ###

存储过程、视图、触发器、自定义函数、外键约束、全文索引、空间索引、非 UTF8 字符集

## TiDB 基本操作 ##

下面具体介绍 TiDB 中基本的增删改查操作。

创建、查看和删除数据库

使用 CREATE DATABASE 语句创建数据库。语法如下：  
CREATE DATABASE db\_name \[options\];  
例如，要创建一个名为 samp\_db 的数据库，可使用以下语句：  
CREATE DATABASE IF NOT EXISTS samp\_db;  
使用 SHOW DATABASES 语句查看数据库：  
SHOW DATABASES;  
使用 DROP DATABASE 语句删除数据库，例如：  
DROP DATABASE samp\_db;  
创建、查看和删除表

使用 CREATE TABLE 语句创建表。语法如下：  
CREATE TABLE table\_name column\_name data\_type constraint;  
例如：  
CREATE TABLE person (  
number INT(11),  
name VARCHAR(255),  
birthday DATE  
);  
如果表已存在，添加 IF NOT EXISTS 可防止发生错误：  
CREATE TABLE IF NOT EXISTS person (  
number INT(11),  
name VARCHAR(255),  
birthday DATE  
);  
使用 SHOW CREATE 语句查看建表语句。例如：  
SHOW CREATE table person;  
使用 SHOW FULL COLUMNS 语句查看表的列。 例如：  
SHOW FULL COLUMNS FROM person;  
使用 DROP TABLE 语句删除表。例如：  
DROP TABLE person;  
或者  
DROP TABLE IF EXISTS person;  
使用 SHOW TABLES 语句查看数据库中的所有表。例如：  
SHOW TABLES FROM samp\_db;  
创建、查看和删除索引

对于值不唯一的列，可使用 CREATE INDEX 或 ALTER TABLE 语句。例如：  
CREATE INDEX person\_num ON person (number);  
或者  
ALTER TABLE person ADD INDEX person\_num (number);  
对于值唯一的列，可以创建唯一索引。例如：  
CREATE UNIQUE INDEX person\_num ON person (number);  
或者  
ALTER TABLE person ADD UNIQUE person\_num on (number);  
使用 SHOW INDEX 语句查看表内所有索引：  
SHOW INDEX from person;  
使用 ALTER TABLE 或 DROP INDEX 语句来删除索引。与 CREATE INDEX 语句类似，DROP INDEX 也可以嵌入 ALTER TABLE 语句。例如：  
DROP INDEX person\_num ON person;  
ALTER TABLE person DROP INDEX person\_num;  
增删改查数据

使用 INSERT 语句向表内插入数据。例如：  
INSERT INTO person VALUES(“1”,“tom”,“20170912”);  
使用 SELECT 语句检索表内数据。例如：  
SELECT \* FROM person;  
±-------±-----±-----------+  
| number | name | birthday |±-------±-----±-----------+  
| 1 | tom | 2017-09-12 |±-------±-----±-----------+  
使用 UPDATE 语句修改表内数据。例如：  
UPDATE person SET birthday=‘20171010’ WHERE name=‘tom’;  
SELECT \* FROM person;  
±-------±-----±-----------+  
| number | name | birthday |±-------±-----±-----------+  
| 1 | tom | 2017-10-10 |±-------±-----±-----------+  
使用 DELETE 语句删除表内数据：  
DELETE FROM person WHERE number=1;  
SELECT \* FROM person;  
Empty set (0.00 sec)  
创建、授权和删除用户

使用 CREATE USER 语句创建一个用户 tiuser，密码为 123456：  
CREATE USER ‘tiuser’@‘localhost’ IDENTIFIED BY ‘123456’;  
授权用户 tiuser 可检索数据库 samp\_db 内的表：  
GRANT SELECT ON samp\_db.\* TO ‘tiuser’@‘localhost’;  
查询用户 tiuser 的权限：  
SHOW GRANTS for tiuser@localhost;  
删除用户 tiuser：  
DROP USER ‘tiuser’@‘localhost’;

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