一、問題的提出

網際網路有很多“資料量較大，併發量較大，業務複雜度較高”的業務場景，其典型系統分層架構如下：

（1）上游是業務層biz，實現個性化的業務邏輯

（2）中游是服務層service，封裝資料訪問

（3）下游是資料層db，儲存固化的業務資料

 

服務化分層架構的好處是，服務層遮蔽下游資料層的複雜性，例如快取、分庫分表、儲存引擎等儲存細節不需要向呼叫方暴露，而只向上遊提供方便的RPC訪問介面，當有一些資料層變化的時候，所有的呼叫方也不需要升級，只需要服務層升級即可。

 

網際網路架構，很多時候面臨著這樣一些需求：

需求1->底層表結構變更

：資料量非常大的情況下，資料表增加了一些屬性，刪除了一些屬性，修改了一些屬性。

 

需求2->分庫個數變換：由於資料量的持續增加，底層分庫個數非成倍增加。

 

需求3->底層儲存介質變換：底層儲存引擎由一個數據庫換為另一個數據庫。

 

種種需求，都需要進行資料遷移，如何平滑遷移資料，遷移過程不停機，保證系統持續服務，是文字將要討論的問題。

 

二、停機方案

在討論平滑遷移資料方案之前，先看下不平滑的停機資料遷移方案，主要分三個步驟。

步驟一：掛一個類似“為了給廣大使用者提供更好的服務，伺服器會在凌晨0:00-0:400進行停機維護”的公告

，並在對應時段進行停機，這個時段系統沒有流量進入。

 

步驟二：停機後，研發一個離線的資料遷移工具，進行資料遷移。針對第一節的三類需求，會分別開發不同的資料遷移工具。

（1）底層表結構變更需求：開發舊錶導新表的工具

（2）分庫個數變換需求：開發2庫導3庫的工具

（3）底層儲存介質變換需求：開發Mongo導Mysql工具

 

步驟三：恢復服務，並將流量切到新庫，不同的需求，可能會涉及不同服務升級。

（1）底層表結構變更需求：服務要升級到訪問新表

（2）分庫個數變換需求：服務不需要升級，只需要改尋庫路由配置

（3）底層儲存介質變換需求：服務升級到訪問新的儲存介質

 

總的來說，停機方案是相對直觀和簡單的，但對服務的可用性有影響，許多遊戲公司的伺服器升級，遊戲分割槽與合區，可能會採用類似的方案。

 

除了影響服務的可用性，這個方案還有一個缺點，就是必須在指定時間完成升級，這個對研發、測試、運維同學來說，壓力會非常大，一旦出現問題例如資料不一致，必須在規定時間內解決，否則只能回滾。根據經驗，人壓力越大越容易出錯，這個缺點一定程度上是致命的。

 

無論如何，停機方案並不是今天要討論的重點，接下來看一下常見的平滑資料遷移方案。

 

三、平滑遷移-追日誌法

平滑遷移方案一，追日誌法，這個方案主要分為五個步驟。

資料遷移前，上游業務應用通過舊的服務訪問舊的資料。

 

步驟一：服務進行升級，記錄“對舊庫上的資料修改”的日誌（這裡的修改，為資料的insert, delete, update），這個日誌不需要記錄詳細資料，主要記錄：

（1）被修改的庫

（2）被修改的表

（3）被修改的唯一主鍵

具體新增了什麼行，修改後的資料格式是什麼，不需要詳細記錄。這樣的好處是，不管業務細節如何變化，日誌的格式是固定的，這樣能保證方案的通用性。

 

這個服務升級風險較小：

（1）寫介面是少數介面，改動點較少

（2）升級只是增加了一些日誌，對業務功能沒有任何影響

 

步驟二：研發一個數據遷移工具，進行資料遷移。這個資料遷移工具和離線遷移工具一樣，把舊庫中的資料轉移到新庫中來。

 

這個小工具的風險較小：

（1）整個過程依然是舊庫對線上提供服務

（2）小工具的複雜度較低

（3）任何時間發現問題，都可以把新庫中的資料幹掉重來

（4）可以限速慢慢遷移，技術同學沒有時間壓力

 

資料遷移完成之後，就能夠切到新庫提供服務了麼？

答案是否定的，在資料遷移的過程中，舊庫依然對線上提供著服務，庫中的資料隨時可能變化，這個變化並沒有反映到新庫中來，於是舊庫和新庫的資料並不一致，所以不能直接切庫，需要將資料追平。

 

哪些資料發生了變化呢？

步驟一中日誌裡記錄的不就是麼？

 

步驟三：研發一個讀取日誌並遷移資料的小工具，要把步驟二遷移資料過程中產生的差異資料追平。這個小工具需要做的是：

（1）讀取日誌，得到哪個庫、哪個表、哪個主鍵發生了變化

（2）把舊庫中對應主鍵的記錄讀取出來

（3）把新庫中對應主鍵的記錄替換掉

無論如何，原則是資料以舊庫為準。

 

這個小工具的風險也很小：

（1）整個過程依然是舊庫對線上提供服務

（2）小工具的複雜度較低

（3）任何時間發現問題，大不了從步驟二開始重來

（4）可以限速慢慢重放日誌，技術同學沒有時間壓力

 

日誌重放之後，就能夠切到新庫提供服務了麼？

答案依然是否定的，在日誌重放的過程中，舊庫中又可能有資料發生了變化，導致資料不一致，所以還是不能切庫，需要進一步讀取日誌，追平記錄。可以看到，重放日誌追平資料的程式是一個while(1)的程式，新庫與舊庫中的資料追平也會是一個“無限逼近”的過程。

 

什麼時候資料會完全一致呢？

 

步驟四：在持續重放日誌，追平資料的過程中，研發一個數據校驗的小工具，將舊庫和新庫中的資料進行比對，直到資料完全一致。

 

這個小工具的風險依舊很小：

（1）整個過程依然是舊庫對線上提供服務

（2）小工具的複雜度較低

（3）任何時間發現問題，大不了從步驟二開始重來

（4）可以限速慢慢比對資料，技術同學沒有時間壓力

 

步驟五：在資料比對完全一致之後，將流量遷移到新庫，新庫提供服務，完成遷移。

 

如果步驟四資料一直是99.9%的一致，不能完全一致，也是正常的，可以做一個秒級的舊庫readonly，等日誌重放程式完全追上資料後，再進行切庫切流量。

 

至此，升級完畢，整個過程能夠持續對線上提供服務，不影響服務的可用性。

 

四、平滑遷移-雙寫法

平滑遷移方案二，雙寫法，這個方案主要分為四個步驟。

資料遷移前，上游業務應用通過舊的服務訪問舊的資料。

 

步驟一：服務進行升級，對“對舊庫上的資料修改”（這裡的修改，為資料的insert, delete, update），在新庫上進行相同的修改操作，這就是所謂的“雙寫”，主要修改操作包括：

（1）舊庫與新庫的同時insert

（2）舊庫與新庫的同時delete

（3）舊庫與新庫的同時update

由於新庫中此時是沒有資料的，所以雙寫舊庫與新庫中的affect rows可能不一樣，不過這完全不影響業務功能，只要不切庫，依然是舊庫提供業務服務。

 

這個服務升級風險較小：

（1）寫介面是少數介面，改動點較少

（2）新庫的寫操作執行成功與否，對業務功能沒有任何影響

 

步驟二：研發一個數據遷移工具，進行資料遷移。這個資料遷移工具在本文中已經出現第三次了，把舊庫中的資料轉移到新庫中來。

 

這個小工具的風險較小：

（1）整個過程依然是舊庫對線上提供服務

（2）小工具的複雜度較低

（3）任何時間發現問題，都可以把新庫中的資料幹掉重來

（4）可以限速慢慢遷移，技術同學沒有時間壓力

 

資料遷移完成之後，就能夠切到新庫提供服務了麼？

答案是肯定的，因為前置步驟進行了雙寫，所以理論上資料遷移完之後，新庫與舊庫的資料應該完全一致。

 

由於遷移資料的過程中，舊庫新庫雙寫操作在同時進行，怎麼證明資料遷移完成之後資料就完全一致了呢？

 

如上圖所示：

（1）左側是舊庫中的資料，右側是新庫中的資料

（2）按照primary key從min到max的順序，分段，限速進行資料的遷移，假設已經遷移到now這個資料段

 

資料遷移過程中的修改操作分別討論：

（1）假設遷移過程中進行了一個雙insert操作，舊庫新庫都插入了資料，資料一致性沒有被破壞

（2）假設遷移過程中進行了一個雙delete操作，這又分為兩種情況

         （2.1）假設這delete的資料屬於[min,now]範圍，即已經完成遷移，則舊庫新庫都刪除了資料，資料一致性沒有被破壞

         （2.2）假設這delete的資料屬於[now,max]範圍，即未完成遷移，則舊庫中刪除操作的affect rows為1，新庫中刪除操作的affect rows為0，但是資料遷移工具在後續資料遷移中，並不會將這條舊庫中被刪除的資料遷移到新庫中，所以資料一致性仍沒有被破壞

（3）假設遷移過程中進行了一個雙update操作，可以認為update操作是一個delete加一個insert操作的複合操作，所以資料仍然是一致的

 

除非除非除非，在一種非常非常非常極限的情況下：

（1）date-migrate-tool剛好從舊庫中將某一條資料X取出

（2）在X插入到新庫中之前，舊庫與新庫中剛好對X進行了雙delete操作

（3）date-migrate-tool再將X插入到新庫中

這樣，會出現新庫比舊庫多出一條資料X。

 

但無論如何，為了保證資料的一致性，切庫之前，還是需要進行資料校驗的。

 

步驟三：在資料遷移完成之後，需要使用資料校驗的小工具，將舊庫和新庫中的資料進行比對，完全一致則符合預期，如果出現步驟二中的極限不一致情況，則以舊庫中的資料為準。

 

這個小工具的風險依舊很小：

（1）整個過程依然是舊庫對線上提供服務

（2）小工具的複雜度較低

（3）任何時間發現問題，大不了從步驟二開始重來

（4）可以限速慢慢比對資料，技術同學沒有時間壓力

 

步驟四：資料完全一致之後，將流量切到新庫，完成平滑資料遷移。

 

至此，升級完畢，整個過程能夠持續對線上提供服務，不影響服務的可用性。

 

五、總結

針對網際網路很多“資料量較大，併發量較大，業務複雜度較高”的業務場景，在

（1）底層表結構變更

（2）分庫個數變換

（3）底層儲存介質變換

的眾多需求下，需要進行資料遷移，完成“平滑遷移資料，遷移過程不停機，保證系統持續服務”有兩種常見的解決方案。

 

追日誌法，五個步驟：

（1）服務進行升級，記錄“對舊庫上的資料修改”的日誌

（2）研發一個數據遷移小工具，進行資料遷移

（3）研發一個讀取日誌小工具，追平資料差異

（4）研發一個數據比對小工具，校驗資料一致性

（5）流量切到新庫，完成平滑遷移

 

雙寫法，四個步驟：

（1）服務進行升級，記錄“對舊庫上的資料修改”進行新庫的雙寫

（2）研發一個數據遷移小工具，進行資料遷移

（3）研發一個數據比對小工具，校驗資料一致性

（4）流量切到新庫，完成平滑遷移