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后端思路:使用2-3法则设计分布式数据访问层

2015-02-11 11:58 卫向军


引言


如今移动互联网行业呈爆发式发展,随着业务用户规模和业务逻辑趋向复杂,后端系统的开发和维护变得越来越困难,目前业界涌现出各种各样的技术文章介绍分布式缓存设计、分布式数据库设计、负载均衡、HA策略等等,这些都是支撑分布式数据访问层的基石,不过,本文将从另一个角度探讨分布式数据访问层 (Data Access Layer)的框架设计。


本文要介绍的是2-3法则(2个维度,3个原则)在分布式DAL框架设计中的指导作用,两者共同完成DAL层封装,主要分为两点:1)从水平与垂直维度正交分析业务系统设计;2)定义3条必须遵守的设计原则,最重要的是DAL层从水平维度抽象数据访问策略模型,即个3原则中的第3条。


本文最后一节,对分布式数据访问框架做了探讨,提出了两种实现思路。


分布式DAL解决的问题


在分布式系统中,每一台服务器都需要访问本地缓存、分布式MC缓存、分布式后台数据库,对于同一个业务模块,随着业务变复杂,需要定义越来越多的数据Model,按照一定的规则存储在本地缓存、分布式缓存以及后台数据库中。


目前,业界的数据访问层定位于应用程序与持久化数据库之间,比如淘宝的TDDL、IBatis Sharding等,主要完成数据的分库分表、读写分离等,本文的数据存储涵盖缓存、数据库、文件系统,现有的数据库DAL中间件、Redis客户端、MC客户端将作为本文的水平维度的Adaptor,主要解决的问题:

1,数据访问在水平数据存储维度的一致性问题。


2,快速增加数据Model的能力。


3,优雅、清晰、模块化的数据访问层代码。


两个维度抽象设计


对于上节的问题,下面列举了水平和垂直维度抽象思考的例子。


假设水平维度:

1,部分热数据存储在本地缓存,本文使用EhCache。


2,部分热数据存储在前端缓存,本文使用MC。


3,全量数据存储在数据库缓存,本文使用MySQL。


假设垂直维度:

1,数据模型FileMeta,需要同时存储在LocalCache、Redis和MySQL中。


2,数据模型BlockMeta,需要存储在LocalCache、MC中。


3,数据模型Context,需要存储在MC、MySQL中。


按照上面的分析,我们画出系统两个维度正交设计图,如下:


Composition 而不是Inheritance


我们可以想到垂直维度定义N = 3个数据模型接口,水平维度定义N = 3个分层接口,但是水平维度和垂直维度是什么关系呢?

在本文的设计中,对问题做了进一步思考,水平维度的接口全部由垂直维度的数据模型接口组合(Composition)而成,完成所有业务只需要定义N + M + 1个接口,而不是N * M + 1个接口,多余的那个是DAL接口,完成数据访问层封装工作,第一节例子中的接口定义见下图:


设计原则


上节主要介绍了接口设计,这里说一下实现,数据模型类非常简单,只要MC Client、TDDL、EhCache在不同层完成相应接口实现,最重要的是DAL实现类,需要完成水平各个维度的策略存储,比如对一个Model,顺序写入MC和MySQL,根据业务实践经验,总结出3条设计原则:

1,每一个数据模型都有CRUD方法,即数据操作的增删改查,对于MC或者LocalCache来说,增加操作和修改操作可能是一致的,这种情况也必须严格定义CRUD方法。


2,DAL层封装所有的数据访问,保证数据的一致性存储和可靠性,DAL层的实现调用ILocalCacheService、IMCService、IDAOService,根据不同数据模型的存储策略,分别去调用缓存和数据库服务,数据模型如果仅存在MySQL或者MC,也需要在DAL层做封装,这样虽然对开发效率有一定影响,但是整体开发和维护成本降低很多。


3,DAL实现抽象出一个DALContext和一个Executor,对于不同的数据模型,配置出不同的DALContext,比如顺序存储在MC和MySQL或者同步写入MC异步写入MySQL,DAL也需要负责出错处理、水平维度的容灾切换等。


分布式数据访问框架


对于互联网后端应用来说,最主要的功能就是处理数据,对DAL层的探索与优化是非常有价值的,基于本文提出的2-3法则,感兴趣的读者可以构建一个DAL开源项目,有两种思路。


第一种思路是:

定义数据模型以及存储配置策略规范,可以使用类似protobuf的规范。


根据业务定义的数据模型和存储配置策略,生成业务代码。


开发者在此基础上扩充完善业务代码。


第二种思路是:

1,定义数据模型以及存储配置策略规范,可以使用类似protobuf的规范。


2,开发DAL中间件(容器),根据业务定义的数据模型和存储配置策略,运行时完成所有的数据访问操作代理。


第一种相对容易,第二种比较复杂,读者可以自己选择其中一种。


关于作者


卫向军(@卫向军_微博),毕业于北京邮电大学,现任微博平台架构师,先后在微软、金山云、新浪微博从事技术研发工作,专注于系统架构设计、音视频通讯系统、分布式文件系统和数据挖掘等领域。


【编者按】本文选自InfoQ专栏《博文共赏》,栏目精选来自国内外技术社区和个人博客上的技术文章,让更多的读者朋友受益,本文首发于“微博平台架构”微信公众号,发布时有少量的文字润色和调整


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