SequoiaDB巨杉數(shù)據(jù)庫基于已獲專利的全分布式邏輯時(shí)鐘機(jī)制，構(gòu)建時(shí)間序列協(xié)議（STP，Sequence Time Protocol）。該協(xié)議用于 SequoiaDB內(nèi)部邏輯時(shí)間同步，邏輯時(shí)間是SequoiaDB內(nèi)部用于表示時(shí)間，但區(qū)別于實(shí)際時(shí)間的邏輯時(shí)間戳。STP維護(hù)邏輯時(shí)間，提供邏輯時(shí)鐘服務(wù)，而邏輯時(shí)間戳主要用于全局事務(wù)處理。

技術(shù)說明

分布式數(shù)據(jù)庫架構(gòu)下要保障事務(wù)一致性，必須借助分布式事務(wù)，而分布式事務(wù)需要分布式數(shù)據(jù)庫提供一個(gè)全局統(tǒng)一的事務(wù)號，準(zhǔn)確標(biāo)識不同會話的先后順序。為了保證分布式數(shù)據(jù)一致性，大多數(shù)廠商通過GTM（Global Transaction/Time Manager）解決方案提供統(tǒng)一的事務(wù)ID或時(shí)鐘服務(wù)，從而導(dǎo)致每次事務(wù)操作都需要跨服務(wù)器進(jìn)行。隨著服務(wù)器規(guī)模的擴(kuò)展，中心節(jié)點(diǎn)的處理能力降低，事務(wù)延遲增大，導(dǎo)致系統(tǒng)擴(kuò)展能力受到極大限制。部分?jǐn)?shù)據(jù)庫廠商為了保證數(shù)據(jù)一致性選擇放棄2PC提交模式，轉(zhuǎn)而使用1PC加業(yè)務(wù)補(bǔ)償策略，但在嚴(yán)格的事務(wù)一致性需求場景下將無法應(yīng)用。

一、STP技術(shù)簡介

作為業(yè)界原生分布式數(shù)據(jù)庫以及新一代分布式數(shù)據(jù)庫的代表，SequoiaDB能夠?qū)崿F(xiàn)分布式交易和ACID與傳統(tǒng)技術(shù)完全兼容，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)和功能特性與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫完全兼容，以提供完整的事務(wù)支持和一致性保障，充分保證數(shù)據(jù)安全，滿足核心交易業(yè)務(wù)的嚴(yán)苛要求。

STP以節(jié)點(diǎn)形式部署在SequoiaDB集群的每個(gè)機(jī)器中，以提供邏輯時(shí)鐘服務(wù)。STP節(jié)點(diǎn)分為Server和Client兩種角色，各STP Server之間通過Raft保證邏輯時(shí)鐘的強(qiáng)一致性，避免了強(qiáng)制所有參與節(jié)點(diǎn)從GTM中獲取唯一ID的步驟，每個(gè)數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)通過本地的STP Client與主STP Server保持邏輯時(shí)鐘一致性，并通過專利技術(shù)確保邏輯時(shí)鐘持續(xù)向前推進(jìn)，防止出現(xiàn)沖突。

其特點(diǎn)包括：

●單調(diào)遞增性：邏輯時(shí)鐘始終保持單調(diào)遞增，不受物理時(shí)鐘回調(diào)影響；

●高可靠性：STP Server 一主多備，采用一致性 Raft 協(xié)議同步邏輯時(shí)鐘；

●高可用性：STP Client 與 Server 之間采用 DEBTP(Dynamic Error Based Time Protocol ) 同步邏輯時(shí)間，且 Server 與每個(gè) Client 之間都維持獨(dú)立的動態(tài)時(shí)間誤差，既可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)抖動，也可以滿足不同節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。時(shí)間誤差根據(jù)時(shí)間同步、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整；

●高性能：STP Client采用共享內(nèi)存方式對外提供時(shí)間服務(wù)，讓邏輯時(shí)間的獲取為本地調(diào)用，沒有任何網(wǎng)絡(luò)開銷，性能為納秒級。

STP始終保持單調(diào)遞增的方法如下：

1. STP Server采用一主多備，通過Raft協(xié)議同步ULT，并確保多數(shù)派成功。選主時(shí)，ULT最大的節(jié)點(diǎn)當(dāng)選主節(jié)點(diǎn)；

2. STP Server重啟或切主時(shí)，會從本地持久化中獲取保存的ULT，獲取當(dāng)前的物理時(shí)間LRT并重新計(jì)算ULT。計(jì)算新的ULT時(shí)，如果 LRT > ULT + 同步周期則 ULT = LRT，否則 ULT = ULT + 同步周期。新的ULT將通過通過Raft協(xié)議同步至其他節(jié)點(diǎn)；

3. 當(dāng)STP Client LLT > ULT時(shí)，則該STP Client需要阻塞時(shí)間服務(wù)，直到ULT >= LLT；

4. 當(dāng)STP Client故障時(shí)，在一個(gè)同步周期內(nèi)STP Client還可以提供時(shí)間服務(wù)，超時(shí)后則不能提供；同時(shí)，STP Client提供命令讓外部調(diào)用促發(fā)即時(shí)時(shí)間同步。
 
二、基于STP的分布式事務(wù)

SequoiaDB 基于STP的分布式事務(wù)能夠提供完整的事務(wù)支持和一致性保障，其特性如下：

●高并發(fā)能力：全局事務(wù)GID由接入節(jié)點(diǎn)本地生成，不存在全局單點(diǎn)瓶頸，沒有網(wǎng)絡(luò)開銷，GTID生成在”納秒“級；

●線性擴(kuò)展能力：通過增加“接入接點(diǎn)”即可完成事務(wù)處理能力的線性擴(kuò)展；

●高性能：在事務(wù)訪問記錄不沖突時(shí)， 或者事務(wù)之間不出現(xiàn)邏輯時(shí)間沖突時(shí)，全局事務(wù)退化為本地事務(wù)，不引入任何其它成本開銷，實(shí)現(xiàn)高性能；

●全局一致的可見性：當(dāng)事務(wù)的邏輯時(shí)間不出現(xiàn)沖突時(shí)，通過邏輯時(shí)間的大小比對即可決定相關(guān)事務(wù)在全局的可見性；當(dāng)事務(wù)的邏輯時(shí)間出現(xiàn)沖突時(shí)，則引入“可見性仲裁”來決定相關(guān)事務(wù)在全局的可見性。
 
三、基于STP的分布式事務(wù)校時(shí)機(jī)制
 
GTID 由 節(jié)點(diǎn)ID + LLT 組成，全局唯一。事務(wù)包含開始時(shí)間（LTb），預(yù)提交時(shí)間（LTpc）、提交時(shí)間（LTc）以及時(shí)間誤差（LTError）， LTb < LTpc + LTError， LTpc <= LTc。兩個(gè)事務(wù)的可見性判斷遵守STP邏輯時(shí)間比較規(guī)則， Δ取兩個(gè)事務(wù)中最大的時(shí)間誤差。如果兩個(gè)事務(wù)比較為“≡”，則需要進(jìn)行“可見性仲裁”。
 
建立事務(wù)校時(shí)，事務(wù)從 Coordinator 到 Node建立時(shí)，Node會從本地 STP Client 獲取 LLT進(jìn)行校時(shí)，如果相差大于指定閾值，則需要進(jìn)行事務(wù)重試。該校時(shí)用于快速發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間是否同步。
 
提交事務(wù)校時(shí)，在預(yù)提交階段，Node需要從本地STP Client中獲取LLT進(jìn)行校時(shí)，如果相差大于指定閾值，則需要進(jìn)行事務(wù)預(yù)提交重試。Node在預(yù)提交時(shí)，需要返回 max(本節(jié)點(diǎn)最大的事務(wù)開始時(shí)間，本節(jié)點(diǎn)預(yù)提交處理時(shí)間)。Coordinator選取 max(Node返回時(shí)間，預(yù)提交時(shí)間) 作為最終的事務(wù)提交時(shí)間。
 
四、基于STP的分布式事務(wù)“一致性2PC”機(jī)制

傳統(tǒng)事務(wù)2PC機(jī)制在“2PC: Commit”階段發(fā)生故障時(shí)，會出現(xiàn)有的分區(qū)數(shù)據(jù)已提交而有的分區(qū)數(shù)據(jù)狀態(tài)不確定的情況。而“一致性2PC”機(jī)制會在Pre-Commit時(shí)共享事務(wù)分區(qū)信息，讓參與事務(wù)的分區(qū)相互感知；分區(qū)執(zhí)行Pre-Commit后進(jìn)入WAIT_COMMIT狀態(tài)。在 “2PC: Commit”階段出現(xiàn)分區(qū)一致性時(shí)，處于WAIT_COMMIT的事務(wù)會發(fā)起一致性確認(rèn)來修正事務(wù)狀態(tài)，一致性確認(rèn)協(xié)議自動修復(fù)極端情況下事務(wù)的一致性。

修正事務(wù)狀態(tài)規(guī)則如下：

1）任一分區(qū)回滾則回滾；

2）任一分區(qū)提交則提交；

3）全部為 WAIT_COMMIT 則提交。

開發(fā)團(tuán)隊(duì)

●帶隊(duì)負(fù)責(zé)人

巨杉數(shù)據(jù)庫STP技術(shù)項(xiàng)目的帶隊(duì)負(fù)責(zé)人是CTO王濤、研發(fā)副總裁許建輝、何國明等。

●隸屬機(jī)構(gòu)：巨杉數(shù)據(jù)庫

巨杉數(shù)據(jù)庫是一家專注分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)研發(fā)，以全球數(shù)據(jù)庫的領(lǐng)導(dǎo)者為愿景，以培育數(shù)據(jù)沃土，提升數(shù)據(jù)價(jià)值為使命的國產(chǎn)自研數(shù)據(jù)庫公司。

巨杉數(shù)據(jù)庫自2011年成立以來，專注數(shù)據(jù)庫技術(shù)研發(fā)，堅(jiān)持從零開始打造原生分布式數(shù)據(jù)庫引擎，連續(xù)三年入榜 Gartner報(bào)告，成為當(dāng)前新一代主流數(shù)據(jù)庫體系的燈塔廠商。

SequoiaDB巨杉數(shù)據(jù)庫是一款金融級分布式數(shù)據(jù)庫，目前已在超過100家大型銀行核心生產(chǎn)業(yè)務(wù)規(guī)模應(yīng)用，并廣泛應(yīng)用于證券、保險(xiǎn)、電信、政府、互聯(lián)網(wǎng)、交通等領(lǐng)域，企業(yè)用戶總數(shù)超過1000家，應(yīng)用場景包括分布式在線交易、數(shù)據(jù)中臺、分布式內(nèi)容管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理等。

巨杉數(shù)據(jù)庫擁有世界頂級的數(shù)據(jù)庫研發(fā)團(tuán)隊(duì)，分布在廣州、深圳、北京等地，核心團(tuán)隊(duì)成員主要來自于前IBM DB2北美研發(fā)團(tuán)隊(duì)和華為分布式儲存團(tuán)隊(duì)，天生具備企業(yè)級基因，同時(shí)引入包括阿里在內(nèi)的國內(nèi)創(chuàng)新型企業(yè)人才，是業(yè)界最頂尖的企業(yè)級分布式數(shù)據(jù)庫團(tuán)隊(duì)。目前公司總?cè)藬?shù)約為170人。

相關(guān)評價(jià)

●民生銀行

巨杉數(shù)據(jù)庫采用原生分布式架構(gòu)，提供完整SQL兼容，完整支持ACID和分布式事務(wù)，具備災(zāi)備和多活機(jī)制。這些對于金融聯(lián)機(jī)交易業(yè)務(wù)以及互金核心等是不可或缺的核心能力。

●廣發(fā)銀行

存儲資源池化、數(shù)據(jù)庫實(shí)例化、云化的產(chǎn)品架構(gòu)，是微服務(wù)架構(gòu)下，SequoiaDB這樣的新一代數(shù)據(jù)庫重要的技術(shù)特點(diǎn)。

●恒豐銀行

面對海量內(nèi)容數(shù)據(jù)，具備多類型數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，存儲彈性擴(kuò)張，高可用和多活的分布式數(shù)據(jù)庫是一種新主流方向。

來源：數(shù)據(jù)猿