2017双11技术揭秘—阿里巴巴数据库技术架构演进

摘要： 每年电商双11大促对阿里技术人都是一次大考，对阿里数据库团队更是如此。经过9年的发展，双11单日交易额从2009年的0.5亿一路攀升到2017年的1682亿，秒级交易创建峰值达到了32.5万笔/秒。支撑这一切业务指标的背后，是底层技术体系的一次次迭代升级。

作者：谌文涛（俞月）

每年电商双11大促对阿里技术人都是一次大考，对阿里数据库团队更是如此。经过9年的发展，双11单日交易额从2009年的0.5亿一路攀升到2017年的1682亿，秒级交易创建峰值达到了32.5万笔/秒。支撑这一切业务指标的背后，是底层技术体系的一次次迭代升级。

阿里巴巴数据库系统经历了10多年的发展，今年正式确定从 第三代大规模分库分表 向 第四代X-DB分布式数据库系统 演进的目标。X-DB分布式数据库的落地已经在2017年双11大促中获得了可行性验证，同时底层开始引入存储计算分离架构。分布式在系统稳定性、容灾能力、容量扩展性、技术体系内聚性上有了质的提升，今年双11开启了阿里数据库技术架构新的篇章。

本文以阿里电商交易链路中的核心系统库存中心为例，一窥阿里集团数据数据库的发展历程。库存中心数据库集群(简称库存DB集群)，从2012年独立拆分后，其发展可以概括为以下3个阶段：

2012~2013年：分库分表水平拆分，构建大规模数据库集群
2014~2016年：单元化异地多活架构，数据多单元间同步
2017年：X-DB 1.0分布式集群部署上线，新的起点
作为阿里数据库体系中的核心系统，库存DB集群的发展历程可以作为缩影，代表了阿里巴巴数据库体系的演进。

诞生
库存DB集群诞生于2012年，是业务垂直拆分的产物。库存最早是商品中心数据库的一个字段，随着淘宝业务的复杂化，单一字段已经满足不了基于后端仓储的库存管理体系，所以便有了垂直拆分出来的库存DB集群。

水平拆分
2012~2017年，双11交易额一步步的刷新纪录，库存DB集群的QPS/TPS也实现了几十倍的增长。水平拆分的基本思路是把数据库扩展到多个物理节点上，让每个节点处理不同的读写请求，从而缓解单一数据库的性能问题。

借助于数据库团队的DTS（Data Transmission Service）产品，库存中心进行了大规模的水平拆分，分库和分表数量扩展到最初的几百倍，平稳的支撑了这一个阶段业务的快速发展。与此同时，在热点商品扣减、防超卖数据强一致需求、跨城异地容灾数据质量问题、业务数据量急剧膨胀、超大规模数据库集群运维等问题点上，迫切需要新一代架构来解决。

异地多活单元化
2014~2015年，为了进一步提升用户的购物体验，库存DB集群与主站交易链路一同做了单元化部署。单元化很大程度上解决了买家的使用体验问题，在本单元内封闭完成读写操作。但是对于卖家维度的数据，比如编辑商品、扣减库存，就会涉及到跨单元中心去写。关于单元化架构，之前已经有了很多介绍。

有了多个单元，对于底层数据库来说，面临的最大挑战就是数据同步，因为对于单元封闭的买家维度的数据，需要把单元的数据全部同步到中心；对于读写分离类型的业务，我们要把中心的数据同步到单元。这条数据通道就是依靠DRC（Data Replication Center）来完成。

如今，DRC不仅成为集团单元化链路的基础设施，对应的云产品DTS已经从2016年开始让阿里云用户、聚石塔商家低成本的搭建异地容灾。单元化架构给库存DB集群带来的最大挑战是多单元间的数据强一致问题，我们也为此做了很大的努力。

X-DB分布式集群
2017年双11，库存DB集群第一次使用X-DB 1.0分布式集群部署，平稳的支持了32.5万笔/秒的交易创建峰值。X-DB是阿里巴巴自研高性能分布式可全球化部署数据库，其核心技术目标概括为以下6点：

100%兼容MySQL生态，应用无缝迁移
跨AZ、Region的全球化部署能力，5个9以上的可用率
自动化的数据Sharding，计算、存储均可水平扩展
高性能的事务处理，相同硬件下达到MySQL 10倍的事务处理能力，百万TPS
自动化的数据冷热分离，存储成本为MySQL的1/10
计算存储分离，存储按需扩展
库存DB集群双十一部署架构：

正是由于X-DB提供了全面兼容MySQL、高性能、低成本、跨城容灾、数据强一致的能力。在2017年年初，数据库团队和业务研发团队确定了在库存中心部署X-DB 1.0的目标，解决业务目前面临的痛点：

全面兼容MySQL，实现业务系统平滑迁入
极致性能，双11单实例热点扣减峰值TPS是去年的3倍
低成本，相比于传统的单元化主备架构部署，减少2个数据副本以及单元间数据同步资源成本
跨城容灾，借助Batching和Pipelining技术实现跨城强同步场景吞吐量几乎无衰减
数据强一致，借助Paxos协议提供多单元间数据强一致能力；批量关闭中心集群全部实例，集群30秒内完成单元选主切换，数据零丢失
计算存储分离，彻底解决传统机型计算资源和存储资源固定配比问题，搭配容器化技术，大促峰值期间将数据库弹性部署运行在离线任务主机，落地零扩容成本支持双十一大促
X-DB首次亮相在2017年双11的舞台，平稳支撑零点峰值32.5万笔/秒，开启了阿里数据库体系从分库分表时代向分布式集群时代的大门。技术之路永无止境，我们今天的技术现状离业务对我们的要求还有很大的差距。但是千里之行，始于足下，借用《魔戒》里的经典台词：“There’s some good in this world, Mr. Frodo. And it’s worth fighting for.”