TiKV 是如何存取資料的（下）
上篇文章中，我們介紹了與 TiKV 處理讀寫請求相關的基礎知識，下面將開始詳細的介紹 TiKV 的讀寫流程。Enjoy~
作者：唐劉 @siddontang
RawKV
TiKV 提供兩套 API，一套叫做 RawKV，另一套叫做 TxnKV。TxnKV 對應的就是上面提到的 Percolator，而 RawKV 則不會對事務做任何保證，而且比 TxnKV 簡單很多，這裡我們先討論 RawKV。
Write
當進行寫入，譬如 Write a = 1，會進行如下步驟：
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Client 找 PD 問 a 所在的 Region
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PD 告訴 Region 相關資訊，主要是 Leader 所在的 TiKV
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Client 將命令傳送給 Leader 所在的 TiKV
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Leader 接受請求之後執行 Raft 流程
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Leader 將 a = 1 Apply 到 KV RocksDB 然後給 Client 返回寫入成功
Read
對於 Read 來說，也是一樣的操作，唯一不同在於 Leader 可以直接提供 Read，不需要走 Raft。
TxnKV
Write
對於 TxnKV 來說，情況就要複雜的多，不過大部分流程已經在 Percolator 章節進行說明了。這裡需要注意的是，因為我們要快速的 seek 到最新的 commit，所以在 RocksDB 裡面，我們會先將 TS 使用 bigendian 生成 8 位元組的 bytes，然後將這個 bytes 逐位取反，在跟原始的 key 組合儲存到 RocksDB 裡面，這樣就能保證最新的提交存放到前面，seek 的時候就能直接定位了，當然 seek 的時候，也同樣會將對應的 TS 按照相同的方式編碼處理。
譬如，假設一個 key 現在有兩次提交，commitTS 分別為 10 和 12，startTS 則是 9 和 11，那麼在 RocksDB 裡面，key 的存放順序則是：
Write CF：
a_12 -> 11
a_10 -> 9
Data CF:
a_11 -> data_11
a_9 -> data_9
複製程式碼另外，還需要注意的是，對於 value 比較小的情況，TiKV 會直接將 value 存放到 Write CF 裡面，這樣 Read 的時候只要走 Write CF 就行了。在寫入的時候，流程如下：
PreWrite：
Lock CF: W a -> Lock + Data
Commit:
Lock CF: R a -> Lock + 10 + Data
Lock CF: D a
Write CF: W a_11 -> 10 + Data
複製程式碼 對於 TiKV 來說，在 Commit 階段無論怎樣都會讀取 Lock 來判斷事務衝突，所以我們可以從 Lock 拿到資料，然後再寫入到 Write CF 裡面。
Read
Read 的流程之前的 Percolator 已經有說明了，這裡就不詳細解釋了。
SQL Key Mapping
我們在 TiKV 上面構建了一個分散式資料庫 TiDB，它是一個關係型資料庫，所以大家需要關注的是一個關係型的 table 是如何對映到 key-value 上面的。假設我們有如下的表結構：
CREATE TABLE t1 {
id BIGINT PRIMARY KEY,
name VARCHAR(1024),
age BIGINT,
content BLOB,
UNIQUE(name),
INDEX(age),
}
複製程式碼上面我們建立了一張表 t1，裡面有四個欄位，id 是主鍵，name 是唯一索引，age 是一個索引。那麼這個表裡面的資料是如何對應到 TiKV 的呢？
在 TiDB 裡面，任何一張表都有一個唯一的 ID，譬如這裡是 11，任何的索引也有唯一的 ID，上面 name 就是 12，age 就是 13。我們使用字首 t 和 i 來區分表裡面的 data 和 index。對於上面表 t1 來說，假設現在它有兩行資料，分別是 (1, “a”, 10, “hello”) 和 (2, “b”, 12, “world”)，在 TiKV 裡面，每一行資料會有不同的 key-value 對應。如下：
PK
t_11_1 -> (1, “a”, 10, “hello”)
t_11_2 -> (2, “b”, 12, “world”)
Unique Name
i_12_a -> 1
i_12_b -> 2
Index Age
i_13_10_1 -> nil
i_13_12_2 -> nil
複製程式碼因為 PK 具有唯一性，所以我們可以用 t + Table ID + PK 來唯一表示一行資料，value 就是這行資料。對於 Unique 來說，也是具有唯一性的，所以我們用 i + Index ID + name 來表示，而 value 則是對應的 PK。如果兩個 name 相同，就會破壞唯一性約束。當我們使用 Unique 來查詢的時候，會先找到對應的 PK，然後再通過 PK 找到對應的資料。
對於普通的 Index 來說，不需要唯一性約束，所以我們使用 i + Index ID + age + PK，而 value 為空。因為 PK 一定是唯一的，所以兩行資料即使 age 一樣，也不會衝突。當我們使用 Index 來查詢的時候，會先 seek 到第一個大於等於 i + Index ID + age 這個 key 的資料，然後看字首是否匹配，如果匹配，則解碼出對應的 PK，再從 PK 拿到實際的資料。
TiDB 在操作 TiKV 的時候需要保證操作 keys 的一致性，所以需要使用 TxnKV 模式。
結語
上面簡單的介紹了下 TiKV 讀寫資料的流程，還有很多東西並沒有覆蓋到，譬如錯誤處理，Percolator 的效能優化這些，如果你對這些感興趣，可以參與到 TiKV 的開發，歡迎聯絡我 [email protected]。