從刻在獸骨上的甲骨文，再到寫在紙上的漢字，每一次信息載體的變更都是文化進步的重要標誌。在如今這個信息數字化的時代，我們在享受着數字化便利的同時，數據也在我們看不見的地方飛速增長着，數據的重要性不言而喻。那應該如何將海量數據完整、有序、持久化地保存下來呢？
程序員小夥伴看到這裏應該猜到了我們的今天的主角，沒錯就是「數據庫」。
一、分佈式數據庫
程序員熟知的單體數據庫如 MySQL、Oracle 在二十世紀末誕生並大行其道，直到 2010 年左右移動互聯網爆發，席捲而來的海量數據，讓單體數據庫面臨了前所未有的挑戰，這也讓數據庫迎來了百花齊放的時代。
爲了解決海量數據存儲的問題，程序員們做了諸多嘗試，比如堆機器配置、利用分庫分表配合中間件實現分佈式架構等，卻發現治標不治本、換湯不換藥，只是延長了問題出現的週期，還引發了維護成本高、上手難度大等問題。因此，新型分佈式數據庫應運而生，它基於分佈式原理把數據處理和存儲分到多臺普通機器上處理，從根本上解決了單體數據庫存儲海量數據的瓶頸和性能問題，並優化了傳統分佈式數據庫的數據一致性問題。
分佈式數據庫雖然能解決數據量瓶頸的問題，但換數據庫是個類似動心臟的大手術，不僅風險極大而且“勞民傷財”。那有沒有一款開源分佈式數據庫不僅可以處理海量數據，而且換起來比較輕鬆呢？
二、OceanBase
今天 HelloGitHub 就給大家介紹一款可以解決上述問題的開源分佈式數據庫——OceanBase，它從出生那天起就是爲了搞定數據庫成本、性能的相關痛點。
OceanBase 是一款從螞蟻集團走出來的完全自主研發、高度兼容 Oracle 和 MySQL 的原生分佈式數據庫。它於 2021 年開源，具有金融級高可用、水平擴展、分佈式事務、省錢(存儲成本低)、易遷移等特性，具備機房和城市級別的高可用和容災的功能（RPO=0，RTO<8s），支持混合事務和分析（可處理線上數據和離線大數據分析），還可以單機部署使用（單機分佈式一體化架構）。
GitHub 地址：https://github.com/oceanbase/oceanbase
數據庫作爲最核心的基礎服務之一，必須要做到穩定、可靠，沒有人會把重要的數據交到一個初出茅廬的“毛頭小子”手裏。這點在 OceanBase 完全不用擔心，因爲它已年滿“13 歲”，同時憑藉高性能、高可用、低成本、無限擴展和服務永遠在線的特點，連續 10 年穩定支撐「天貓雙 11 」，併成爲金融、水利水電、運輸、通信、政企等行業諸多企業核心系統的數據底座。
這份“履歷”看下來，是不是感覺 OceanBase 挺高大上、上手門檻一定很高對不對？不不不，OceanBase 社區提供了詳細的中文文檔、有問必答的板塊、從入門到進階的免費課程、獎勵豐厚的比賽等，不管你是數據庫小白還是大牛，都能給你安排地明明白白！
既然已經看到這裏了，相請不如偶遇，下面就和 HelloGitHub 一起從最簡單的安裝 OceanBase 開始，走近這款目標是“星辰大海”的開源分佈式數據庫！
三、快速上手
看了這麼多是不是都手癢了？那就一起來上手體驗下吧！(這部分很短、很快)
3.1 一鍵安裝
下載 all-in-one 一鍵安裝腳本（需要聯網）並執行成功後，你就能立馬得到一個 OceanBase 數據庫實例。
# 下載
bash -c "$(curl -s https://obbusiness-private.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/download-center/opensource/oceanbase-all-in-one/installer.sh)"
# 執行
source ~/.oceanbase-all-in-one/bin/env.sh && obd demo
這裏介紹的方法爲本地體驗使用，部署 OceanBase 集羣可執行 obd web 命令，然後打開瀏覽器進入「安裝部署嚮導」完成部署。
[admin@test001 ~]$ obd web
start OBD WEB in 0.0.0.0:8680
please open http://172.xx.xxx.233:8680
3.2 Docker 啓動
下面介紹一下，如何通過 Docker 快速啓動 OceanBase。
# 1.部署一個 mini 模式實例
docker run -p 2881:2881 --name oceanbase-ce -e MINI_MODE=1 -d oceanbase/oceanbase-ce
# 2. 連接 OceanBase
docker exec -it oceanbase-ce ob-mysql sys # 連接 root 用戶 sys 租戶
login as root@sys
Command is: obclient -h127.1 -uroot@sys -A -Doceanbase -P2881
Welcome to the OceanBase. Commands end with ; or \g.
Your OceanBase connection id is 3221487727
Server version: OceanBase_CE 4.1.0.0 (r100000192023032010-0265dfc6d00ff4f0ff4ad2710504a18962abaef6) (Built Mar 20 2023 10:12:57)
Copyright (c) 2000, 2018, OceanBase and/or its affiliates. All rights reserved.
Type 'help;' or '\h' for help. Type '\c' to clear the current input statement.
obclient [oceanbase]>
至此，我們已成功進入 OceanBase 命令行，可以寫 SQL 啦！但寫幾條 SQL 演示我感覺沒啥意思，下面我打算深入 OceanBase 底層介紹下它的核心技術。
四、核心技術
OceanBase 採用 C++ 語言編寫，下面這段代碼是 OceanBase 0.1（2010年）就定義的一個最基本的 C++ 枚舉類型 ObObjtype，用來表述數據庫中存儲的數值類型。
如今 OceanBase 已支持五十餘種數值類型，而這段依然“活着”的早期代碼見證並體現了 OceanBase 十多年來的架構發展。
2021 年 OceanBase 將 300 萬行核心代碼開源，供程序員們學習和共建。篇幅有限，這裏僅簡單地介紹下 OceanBase 的存儲引擎和事務引擎兩部分的核心技術，這兩點也是程序員在面試時，聊到數據庫經常會被問到的面試題。希望讀完這部分後，可以幫助你可以對數據庫底層技術有一個整體的瞭解，觸類旁通對數據庫底層技術產生興趣。
4.1 存儲引擎
目前，數據庫存儲引擎的兩大頂流數據結構是 B+ 樹（MySQL）和 LSM-Tree（HBase、RocksDB），OceanBase 的存儲引擎就是基於 LSM-Tree 構建的高壓縮引擎。
LSM-Tree（日誌結構合併樹）是一種分層、有序、面向磁盤的數據結構。它的核心思想是將內存中的增量數據（MemTable），逐層向磁盤上的靜態數據 SSTable 進行轉儲與合併，初衷是爲了將小粒度的隨機寫聚合成大粒度的順序追加寫，從而減少機械磁盤懸臂的頻繁機械運動，提升 I/O 效率。
SSTable
SSTable 代表內部有序的磁盤文件。數據按照 key 排序，可以使用二分搜索的方式快速得到指定 key 的數據。磁盤上的 SSTable 被劃分爲多個層級（Level），層級數字越低表示數據被寫入的時間越近，層級數字越大表示數據越舊。
MemTable
MemTable 是純內存狀態的數據結構。爲了便於後續進行順序讀取生成磁盤上的 SSTable，一般採用排序樹（紅黑樹/AVL 樹）、SkipList 等這類有順序的數據結構。
結論
OceanBase 選用 LSM-Tree 是看中了其批量寫入具有更好的寫操作吞吐量，相較於 B+ 樹 SSTable 沒有定長塊限制，適合做解壓/壓縮，讀取速度更快。從而實現了 OceanBase 的高性能、數據壓縮帶來的存儲低成本和 OLAP（線上分析處理）的能力。
4.2 事務引擎
事務就是數據庫中一系列數據操作的集合，集合可能有大有小，但無論集合中有多少操作，要麼一起操作成功，要麼失敗一起回滾。無論集合中有多少操作，對於用戶來說，就是一個操作。
4.2.1 背景知識
事務的 ACID 屬性：
- 原子性（Atomicity）：事務是最小的執行單位，不允許分割。事務的原子性確保動作要麼全部完成，要麼完全不起作用。
- 一致性（Consistency）：確保從一個正確的狀態轉換到另外一個正確的狀態，這就是一致性。要麼事務成功，進入一個新的狀態，要麼事務回滾，回到過去穩定的狀態。
- 隔離性（Isolation）：併發訪問數據庫時，一個用戶的事務不被其他事務所幹擾，各併發事務之間是獨立的。
- 持久性 (Durability)：一個事務被提交之後，對數據庫中數據的改變是持久的，即使數據庫發生故障，比如斷電宕機，也不應該對其有任何影響。
由於一個事務包含多個操作，可能出現事務進行到一半發生故障的情況，此時數據庫會處於不一致的狀態。數據庫要恢復到一致性狀態，要麼撤銷已經執行的操作，恢復到事務執行前的狀態，要麼重做未完成的操作，恢復到事務執行後的狀態。要知道哪些操作需要撤銷、哪些操作需要重做，一般會用到一種技術「日誌」。
在數據庫設計中，將記錄撤銷操作的日誌稱爲 undo log，將記錄重做操作的日誌稱爲 redo log。
4.2.2 分佈式事務
在分佈式場景下，OceanBase 採用了兩階段提交、Paxos 協議等手段來保證事務正確執行。
上圖右邊是 OceanBase SQL 引擎執行過程，左邊是事務引擎執行過程。從上圖可以看到，爲保證事務的一致性需要做很多事情，主要分爲「事務執行」和「事務提交」兩部分，下面簡單介紹下 OceanBase 確保事務正確執行的三大核心技術。
1、redo 日誌
對於單個機器來說，OceanBase 數據庫通過 redo 日誌記錄了數據的修改，通過 WAL 機制在宕機重啓之後恢復數據。保證事務一旦提交成功，事務數據就不會丟失。對於分佈式集羣來說，OceanBase 數據庫通過 Paxos 協議將數據同步到多個副本，只要多數派副本存活事務數據就不會丟失。
2、版本號管理
爲了支持數據讀寫不互斥，OceanBase 數據庫存儲了多個版本的數據。多版本一致性通過讀版本和數據版本來保證，每個成功提交的事務都會爲數據增加一個版本，讀請求只能讀到小於等於讀取版本號的已提交數據，從而保證併發讀寫的一致性和性能。
3、兩階段提交（事務提交）
分佈式系統中，事務操作的表或者分區可能分佈在不同機器上。OceanBase 數據庫採用兩階段提交協議保證事務的原子性，確保多個節點上的事務要麼都提交要麼都回滾。
結論
OceanBase 對事務的兩階段提交、版本號管理、redo 日誌，以及弱一致性讀進行了大量優化，在保證事務 ACID 的基礎上，大幅提升了分佈式事務的併發性能。
如果看到這裏，勾起了你對分佈式數據庫底層技術的“饞蟲”，可以去看看《OceanBase 數據庫源碼解析》這本書“解饞”。
五、單機分佈式一體化架構
可能很多開發者和我一樣都覺得分佈式數據庫是“高不可攀”的存在，認爲這個大傢伙安裝麻煩、配置要求高、需要多臺機器。
這裏就要表揚下 OceanBase 的“接地氣”了，它的單機分佈式一體化架構，不僅能讓個人用戶在本地運行（可在 4C16G 的小型機運行），還能讓企業用戶實現“一次選擇終生受用”！
個人開發者可以輕鬆地在自己的筆記本電腦上把 OceanBase 跑起來！重點是，單機下的 OceanBase 性能和 MySQL 基本持平。
企業用戶可以實現“一次選擇終生受用”。在公司業務發展的初期，單機部署形態的數據庫完全可以滿足需求。因此，在業務初期數據量還很小的時候，提供一個儘可能低的啓動規格非常重要，而且 OceanBase 單機性能也不錯。而在業務高速增長期，OceanBase 良好的擴展性、彈性擴容和高性能，輕鬆應對不斷增加的用戶數據和性能需求，儘可能節省存儲和運維成本。
六、最後
對於企業而言 OceanBase 的金融級高可用、彈性擴容、高性能、降低成本的特性，能夠切實解決業務上的痛點。
- 水平擴展：支持業務快速的擴容縮容，同時通過準內存處理架構實現高性能。支持集羣節點超過數千個，單集羣最大數據量超過 3PB，最大單錶行數達萬億級。
- 高性能：TPC-C 記錄（7.07 億 tmpC）和 TPC-H 記錄（1526 萬 QphH @30000GB）。
- 高可用：支持同城/異地容災，可實現多地多活，滿足金融行業 6 級容災標準（RPO=0，RTO<8s），數據零丟失。
- 實時分析：基於“同一份數據，同一個引擎”，同時支持在線實時交易及實時分析兩種場景，“一份數據”的多個副本可以存儲成多種形態，從根本上保持數據一致性。
- MySQL 強兼容：高度兼容 MySQL，提供自動遷移工具，支持遷移評估和反向同步以保障數據遷移安全。
- 低成本：基於 LSM-Tree 的高壓縮引擎，存儲成本相比 MySQL 降低 60%-90%；原生支持多租戶架構，一個 OceanBase 集羣可以創建多個 MySQL 實例，可爲多個獨立業務提供服務，且租戶間數據隔離，降低部署和運維成本。
對於個人開發者來說，OceanBase 不僅開放了內核源代碼，而且 OceanBase 社區還提供了豐富的數據庫相關的中文資料和教程。這些都是學習數據庫非常好的材料。值得一提的是，OceanBase 有一套嚴格的代碼准入流程，如果你的代碼能合併進 300 萬行的開源項目，那絕對是一件值得自豪的事情！
GitHub 地址：https://github.com/oceanbase/oceanbase
以上就是本期的所有內容，希望今天 HelloGitHub 的推薦沒有讓你失望，如果覺得 OceanBase 還不錯的話就關注一下吧！