一、高可用方案（HA, High Availability）
- 缓存高可用：通过双写和双读主备，或利用缓存集群的数据同步与故障自动转移机制实现。
- 数据库高可用：
- 读高可用：通过读写分离（如MHA）及分库冗余实现。
- 写高可用：通过主从双备，结合keepalived与虚拟IP实现自动故障转移。
二、高并发方案
根据业务读写特点选择架构：
- 读多写少、读并发高：采用主从分离。
- 写并发高：采用水平分库。
- 读写并发均高：先进行水平分库，再为每个分库部署主从集群。此外，可使用缓存缓解读并发压力。
2.1 读写分离、主从复制与分组架构
三者指同一架构模型，即主从复制（AB复制）：将主库数据复制到一个或多个从库，主库负责写，从库负责读，通常为一主多从。在高可用场景中常简称为MHA。
2.1.1 优势
- 支持更大读并发与吞吐量，提升读性能；写库独立，提升写性能。
- 读写库分离，减少锁冲突，优化写性能。
- 通过从库冗余实现“读高可用”。
- 易于扩展，增加从库可显著提升读性能。
2.1.2 MySQL主从复制过程（异步）
- Master开启binlog，记录数据变更。
- Slave的IO线程向Master请求指定binlog及position之后的内容。
- Master的IO线程返回对应binlog内容及position。
- Slave将binlog写入relay-log，并创建master.info文件记录连接信息。
- Slave的SQL线程监控relay-log，解析并执行SQL，实现数据同步。
2.2 分库分表
2.2.1 水平切分（分片架构）
- 目标：线性提升写性能，降低单库数据量，解决数据量大导致的写瓶颈。
- 常见方案：
- 范围法：
- 优点：保持数据顺序；精准控制数据量；易于扩展。
- 缺点：负载可能不均衡（如新用户更活跃）。
- 哈希法：
- 优点：数据与请求分布均衡。
- 缺点：扩展时需数据迁移；一致性哈希可缓解此问题。
- 哈希+范围混合分片：折中方案，均衡数据与请求分布。
2.2.2 垂直切分
- 垂直分表：将低频或大字段拆分到扩展表，提升内存命中率与IO性能。
- 垂直分库：按业务拆分库，降低单库数据量，需结合业务可行性。
2.3 读写分离与分库分表结合
结合两者以进一步提升性能，但架构复杂度较高。
三、常见问题与解决方案
3.1 读写分离与水平分库的区别
- 数据量：主从分离各节点存全量数据；水平分库各节点存部分数据（1/n）。
- 目标：主从分离扩展读性能；水平分库扩展写性能。
- 场景：读多写少用主从；写多用分库；读写均高则先分库再主从。
3.2 主从分离的问题
- 写节点单点风险，需通过主从双备+keepalived+虚拟IP实现高可用。
3.3 数据库架构选型
- 初期：单库。
- 读压力大：分组（主从）。
- 数据量大：分片（水平分库）。
- 属性访问频次高：垂直拆分。
3.4 水平切分：分库 vs. 分表
- 优先分库：避免磁盘IO竞争；易于扩展与迁移。
3.5 瞬时高并发处理
3.6 分库后的业务接入与数据访问
- 通过代理切换数据源，业务层无感知。
- 数据访问层需处理分片路由与数据聚合，可引入数据库中间件简化。
3.7 非Partition Key查询处理
- 全库扫描：效率低，但可并发优化。
- 索引法：建立映射表或缓存（如用户名映射主键）。
- 基因法：通过非Key属性生成分片位（如用户名生成分片基因）。
- 直接生成主键：风险为ID冲突，需确保均匀分布。
3.8 多非Partition Key查询
3.9 Partition Key批量查询
- 法一：访问所有库，合并结果。
- 法二：按路由规则只访问相关分片。
3.10 跨库分页与模糊查询
- 跨库分页为业界难题，有多种方案。
- 模糊查询或范围查询可借助ES等搜索引擎。
3.11 分库数据量与唯一主键
- 数据量建议：无复杂查询时5千万–1亿条；有复杂查询时1千万–2千万条。
- 唯一主键通过分布式ID生成器实现。
3.12 主从架构中的多主多从
- 建议一主多从；若写瓶颈，可水平分库，每分片部署主从。
- 多主多从需确保数据全量同步，避免数据不一致。
3.13 缓存的作用
- 缓存高频、低频变数据，降低数据库压力，提升响应速度。
3.14 主从切换数据丢失与避免
- 丢数据风险：
- 主库未完全同步时宕机。
- 脑裂导致老主库仍接收写入。
- 恢复：通过备份的binlog人工恢复。
- 避免：
- 使用双主热备+keepalived。
- 切换前设置主库只读。
3.15 单库重启与连接管理
- 重启通过redo log恢复数据，不丢数据。
- 切换时可配置是否断开连接，如MHA可通过脚本控制。
3.16 分库分表依据
- 单表数据量大导致SQL延迟高：分表。
- 实例QPS达到上限、锁冲突严重：分库。
3.17 主从Binlog同步方式
- 备库指定起始binlog位置后，主库主动推送新日志（基于长连接）。
