一、問題的提出

互聯(lián)網(wǎng)有很多“數(shù)據(jù)量較大，并發(fā)量較大，業(yè)務(wù)復(fù)雜度較高”的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，其典型系統(tǒng)分層架構(gòu)如下：

[[186551]]

• 上游是業(yè)務(wù)層biz，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的業(yè)務(wù)邏輯
• 中游是服務(wù)層service，封裝數(shù)據(jù)訪問
• 下游是數(shù)據(jù)層db，存儲(chǔ)固化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

服務(wù)化分層架構(gòu)的好處是，服務(wù)層屏蔽下游數(shù)據(jù)層的復(fù)雜性，例如緩存、分庫(kù)分表、存儲(chǔ)引擎等存儲(chǔ)細(xì)節(jié)不需要向調(diào)用方暴露，而只向上游提供方便的RPC訪問接口，當(dāng)有一些數(shù)據(jù)層變化的時(shí)候，所有的調(diào)用方也不需要升級(jí)，只需要服務(wù)層升級(jí)即可。

互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，很多時(shí)候面臨著這樣一些需求：

需求1->底層表結(jié)構(gòu)變更：數(shù)據(jù)量非常大的情況下，數(shù)據(jù)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(kù)個(gè)數(shù)變換：由于數(shù)據(jù)量的持續(xù)增加，底層分庫(kù)個(gè)數(shù)非成倍增加。

需求3->底層存儲(chǔ)介質(zhì)變換：底層存儲(chǔ)引擎由一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)換為另一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

種種需求，都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移，如何平滑遷移數(shù)據(jù)，遷移過程不停機(jī)，保證系統(tǒng)持續(xù)服務(wù)，是文本將要討論的問題。

二、停機(jī)方案

在討論平滑遷移數(shù)據(jù)方案之前，先看下不平滑的停機(jī)數(shù)據(jù)遷移方案，主要分三個(gè)步驟。

步驟一：掛一個(gè)類似“為了給廣大用戶提供更好的服務(wù)，服務(wù)器會(huì)在凌晨0:00-0:400進(jìn)行停機(jī)維護(hù)”的公告，并在對(duì)應(yīng)時(shí)段進(jìn)行停機(jī)，這個(gè)時(shí)段系統(tǒng)沒有流量進(jìn)入。

步驟二：停機(jī)后，研發(fā)一個(gè)離線的數(shù)據(jù)遷移工具，進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移。針對(duì)***節(jié)的三類需求，會(huì)分別開發(fā)不同的數(shù)據(jù)遷移工具。

• 底層表結(jié)構(gòu)變更需求：開發(fā)舊表導(dǎo)新表的工具
• 分庫(kù)個(gè)數(shù)變換需求：開發(fā)2庫(kù)導(dǎo)3庫(kù)的工具
• 底層存儲(chǔ)介質(zhì)變換需求：開發(fā)Mongo導(dǎo)Mysql工具

步驟三：恢復(fù)服務(wù)，并將流量切到新庫(kù)，不同的需求，可能會(huì)涉及不同服務(wù)升級(jí)。

• 底層表結(jié)構(gòu)變更需求：服務(wù)要升級(jí)到訪問新表
• 分庫(kù)個(gè)數(shù)變換需求：服務(wù)不需要升級(jí)，只需要改尋庫(kù)路由配置
• 底層存儲(chǔ)介質(zhì)變換需求：服務(wù)升級(jí)到訪問新的存儲(chǔ)介質(zhì)

總的來說，停機(jī)方案是相對(duì)直觀和簡(jiǎn)單的，但對(duì)服務(wù)的可用性有影響，許多游戲公司的服務(wù)器升級(jí)，游戲分區(qū)與合區(qū)，可能會(huì)采用類似的方案。

除了影響服務(wù)的可用性，這個(gè)方案還有一個(gè)缺點(diǎn)，就是必須在指定時(shí)間完成升級(jí)，這個(gè)對(duì)研發(fā)、測(cè)試、運(yùn)維同學(xué)來說，壓力會(huì)非常大，一旦出現(xiàn)問題例如數(shù)據(jù)不一致，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)解決，否則只能回滾。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，人壓力越大越容易出錯(cuò)，這個(gè)缺點(diǎn)一定程度上是致命的。

無(wú)論如何，停機(jī)方案并不是今天要討論的重點(diǎn)，接下來看一下常見的平滑數(shù)據(jù)遷移方案。

三、平滑遷移-追日志法

平滑遷移方案一，追日志法，這個(gè)方案主要分為五個(gè)步驟。

數(shù)據(jù)遷移前，上游業(yè)務(wù)應(yīng)用通過舊的服務(wù)訪問舊的數(shù)據(jù)。

步驟一：服務(wù)進(jìn)行升級(jí)，記錄“對(duì)舊庫(kù)上的數(shù)據(jù)修改”的日志(這里的修改，為數(shù)據(jù)的insert, delete, update)，這個(gè)日志不需要記錄詳細(xì)數(shù)據(jù)，主要記錄：

• 被修改的庫(kù)
• 被修改的表
• 被修改的***主鍵

具體新增了什么行，修改后的數(shù)據(jù)格式是什么，不需要詳細(xì)記錄。這樣的好處是，不管業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)如何變化，日志的格式是固定的，這樣能保證方案的通用性。

這個(gè)服務(wù)升級(jí)風(fēng)險(xiǎn)較?。?/p>

• 寫接口是少數(shù)接口，改動(dòng)點(diǎn)較少
• 升級(jí)只是增加了一些日志，對(duì)業(yè)務(wù)功能沒有任何影響

步驟二：研發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)遷移工具，進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移。這個(gè)數(shù)據(jù)遷移工具和離線遷移工具一樣，把舊庫(kù)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到新庫(kù)中來。

這個(gè)小工具的風(fēng)險(xiǎn)較?。?/p>

• 整個(gè)過程依然是舊庫(kù)對(duì)線上提供服務(wù)
• 小工具的復(fù)雜度較低
• 任何時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，都可以把新庫(kù)中的數(shù)據(jù)干掉重來
• 可以限速慢慢遷移，技術(shù)同學(xué)沒有時(shí)間壓力

1. 數(shù)據(jù)遷移完成之后，就能夠切到新庫(kù)提供服務(wù)了么?

答案是否定的，在數(shù)據(jù)遷移的過程中，舊庫(kù)依然對(duì)線上提供著服務(wù)，庫(kù)中的數(shù)據(jù)隨時(shí)可能變化，這個(gè)變化并沒有反映到新庫(kù)中來，于是舊庫(kù)和新庫(kù)的數(shù)據(jù)并不一致，所以不能直接切庫(kù)，需要將數(shù)據(jù)追平。

哪些數(shù)據(jù)發(fā)生了變化呢?

步驟一中日志里記錄的不就是么?

步驟三：研發(fā)一個(gè)讀取日志并遷移數(shù)據(jù)的小工具，要把步驟二遷移數(shù)據(jù)過程中產(chǎn)生的差異數(shù)據(jù)追平。這個(gè)小工具需要做的是：

• 讀取日志，得到哪個(gè)庫(kù)、哪個(gè)表、哪個(gè)主鍵發(fā)生了變化
• 把舊庫(kù)中對(duì)應(yīng)主鍵的記錄讀取出來
• 把新庫(kù)中對(duì)應(yīng)主鍵的記錄替換掉

無(wú)論如何，原則是數(shù)據(jù)以舊庫(kù)為準(zhǔn)。

這個(gè)小工具的風(fēng)險(xiǎn)也很小：

• 整個(gè)過程依然是舊庫(kù)對(duì)線上提供服務(wù)
• 小工具的復(fù)雜度較低
• 任何時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，大不了從步驟二開始重來
• 可以限速慢慢重放日志，技術(shù)同學(xué)沒有時(shí)間壓力

2. 日志重放之后，就能夠切到新庫(kù)提供服務(wù)了么?

答案依然是否定的，在日志重放的過程中，舊庫(kù)中又可能有數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致，所以還是不能切庫(kù)，需要進(jìn)一步讀取日志，追平記錄。可以看到，重放日志追平數(shù)據(jù)的程序是一個(gè)while(1)的程序，新庫(kù)與舊庫(kù)中的數(shù)據(jù)追平也會(huì)是一個(gè)“***逼近”的過程。

3. 什么時(shí)候數(shù)據(jù)會(huì)完全一致呢?

步驟四：在持續(xù)重放日志，追平數(shù)據(jù)的過程中，研發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)校驗(yàn)的小工具，將舊庫(kù)和新庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，直到數(shù)據(jù)完全一致。

這個(gè)小工具的風(fēng)險(xiǎn)依舊很小：

• 整個(gè)過程依然是舊庫(kù)對(duì)線上提供服務(wù)
• 小工具的復(fù)雜度較低
• 任何時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，大不了從步驟二開始重來
• 可以限速慢慢比對(duì)數(shù)據(jù)，技術(shù)同學(xué)沒有時(shí)間壓力

步驟五：在數(shù)據(jù)比對(duì)完全一致之后，將流量遷移到新庫(kù)，新庫(kù)提供服務(wù)，完成遷移。

如果步驟四數(shù)據(jù)一直是99.9%的一致，不能完全一致，也是正常的，可以做一個(gè)秒級(jí)的舊庫(kù)readonly，等日志重放程序完全追上數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行切庫(kù)切流量。

至此，升級(jí)完畢，整個(gè)過程能夠持續(xù)對(duì)線上提供服務(wù)，不影響服務(wù)的可用性。

四、平滑遷移-雙寫法

平滑遷移方案二，雙寫法，這個(gè)方案主要分為四個(gè)步驟。

數(shù)據(jù)遷移前，上游業(yè)務(wù)應(yīng)用通過舊的服務(wù)訪問舊的數(shù)據(jù)。

步驟一：服務(wù)進(jìn)行升級(jí)，對(duì)“對(duì)舊庫(kù)上的數(shù)據(jù)修改”(這里的修改，為數(shù)據(jù)的insert, delete, update)，在新庫(kù)上進(jìn)行相同的修改操作，這就是所謂的“雙寫”，主要修改操作包括：

• 舊庫(kù)與新庫(kù)的同時(shí)insert
• 舊庫(kù)與新庫(kù)的同時(shí)delete
• 舊庫(kù)與新庫(kù)的同時(shí)update

由于新庫(kù)中此時(shí)是沒有數(shù)據(jù)的，所以雙寫舊庫(kù)與新庫(kù)中的affect rows可能不一樣，不過這完全不影響業(yè)務(wù)功能，只要不切庫(kù)，依然是舊庫(kù)提供業(yè)務(wù)服務(wù)。

這個(gè)服務(wù)升級(jí)風(fēng)險(xiǎn)較?。?/p>

• 寫接口是少數(shù)接口，改動(dòng)點(diǎn)較少
• 新庫(kù)的寫操作執(zhí)行成功與否，對(duì)業(yè)務(wù)功能沒有任何影響

步驟二：研發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)遷移工具，進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移。這個(gè)數(shù)據(jù)遷移工具在本文中已經(jīng)出現(xiàn)第三次了，把舊庫(kù)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到新庫(kù)中來。

這個(gè)小工具的風(fēng)險(xiǎn)較小：

• 整個(gè)過程依然是舊庫(kù)對(duì)線上提供服務(wù)
• 小工具的復(fù)雜度較低
• 任何時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，都可以把新庫(kù)中的數(shù)據(jù)干掉重來
• 可以限速慢慢遷移，技術(shù)同學(xué)沒有時(shí)間壓力

1. 數(shù)據(jù)遷移完成之后，就能夠切到新庫(kù)提供服務(wù)了么?

答案是肯定的，因?yàn)榍爸貌襟E進(jìn)行了雙寫，所以理論上數(shù)據(jù)遷移完之后，新庫(kù)與舊庫(kù)的數(shù)據(jù)應(yīng)該完全一致。

由于遷移數(shù)據(jù)的過程中，舊庫(kù)新庫(kù)雙寫操作在同時(shí)進(jìn)行，怎么證明數(shù)據(jù)遷移完成之后數(shù)據(jù)就完全一致了呢?

如上圖所示：

• 左側(cè)是舊庫(kù)中的數(shù)據(jù)，右側(cè)是新庫(kù)中的數(shù)據(jù)
• 按照primary key從min到max的順序，分段，限速進(jìn)行數(shù)據(jù)的遷移，假設(shè)已經(jīng)遷移到now這個(gè)數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)遷移過程中的修改操作分別討論：

(1)假設(shè)遷移過程中進(jìn)行了一個(gè)雙insert操作，舊庫(kù)新庫(kù)都插入了數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一致性沒有被破壞

(2)假設(shè)遷移過程中進(jìn)行了一個(gè)雙delete操作，這又分為兩種情況

• 假設(shè)這delete的數(shù)據(jù)屬于[min,now]范圍，即已經(jīng)完成遷移，則舊庫(kù)新庫(kù)都刪除了數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一致性沒有被破壞
• 假設(shè)這delete的數(shù)據(jù)屬于[now,max]范圍，即未完成遷移，則舊庫(kù)中刪除操作的affect rows為1，新庫(kù)中刪除操作的affect rows為0，但是數(shù)據(jù)遷移工具在后續(xù)數(shù)據(jù)遷移中，并不會(huì)將這條舊庫(kù)中被刪除的數(shù)據(jù)遷移到新庫(kù)中，所以數(shù)據(jù)一致性仍沒有被破壞

(3)假設(shè)遷移過程中進(jìn)行了一個(gè)雙update操作，可以認(rèn)為update操作是一個(gè)delete加一個(gè)insert操作的復(fù)合操作，所以數(shù)據(jù)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：

• date-migrate-tool剛好從舊庫(kù)中將某一條數(shù)據(jù)X取出
• 在X插入到新庫(kù)中之前，舊庫(kù)與新庫(kù)中剛好對(duì)X進(jìn)行了雙delete操作
• date-migrate-tool再將X插入到新庫(kù)中

這樣，會(huì)出現(xiàn)新庫(kù)比舊庫(kù)多出一條數(shù)據(jù)X。

但無(wú)論如何，為了保證數(shù)據(jù)的一致性，切庫(kù)之前，還是需要進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)的。

步驟三：在數(shù)據(jù)遷移完成之后，需要使用數(shù)據(jù)校驗(yàn)的小工具，將舊庫(kù)和新庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，完全一致則符合預(yù)期，如果出現(xiàn)步驟二中的極限不一致情況，則以舊庫(kù)中的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

這個(gè)小工具的風(fēng)險(xiǎn)依舊很小：

• 整個(gè)過程依然是舊庫(kù)對(duì)線上提供服務(wù)
• 小工具的復(fù)雜度較低
• 任何時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，大不了從步驟二開始重來
• 可以限速慢慢比對(duì)數(shù)據(jù)，技術(shù)同學(xué)沒有時(shí)間壓力

步驟四：數(shù)據(jù)完全一致之后，將流量切到新庫(kù)，完成平滑數(shù)據(jù)遷移。

至此，升級(jí)完畢，整個(gè)過程能夠持續(xù)對(duì)線上提供服務(wù)，不影響服務(wù)的可用性。

五、總結(jié)

針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)很多“數(shù)據(jù)量較大，并發(fā)量較大，業(yè)務(wù)復(fù)雜度較高”的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，在

• 底層表結(jié)構(gòu)變更
• 分庫(kù)個(gè)數(shù)變換
• 底層存儲(chǔ)介質(zhì)變換

眾多需求下，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移，完成“平滑遷移數(shù)據(jù)，遷移過程不停機(jī)，保證系統(tǒng)持續(xù)服務(wù)”有兩種常見的解決方案。

1. 追日志法，五個(gè)步驟：

• 服務(wù)進(jìn)行升級(jí)，記錄“對(duì)舊庫(kù)上的數(shù)據(jù)修改”的日志
• 研發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)遷移小工具，進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移
• 研發(fā)一個(gè)讀取日志小工具，追平數(shù)據(jù)差異
• 研發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)比對(duì)小工具，校驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性
• 流量切到新庫(kù)，完成平滑遷移

2. 雙寫法，四個(gè)步驟：

• 服務(wù)進(jìn)行升級(jí)，記錄“對(duì)舊庫(kù)上的數(shù)據(jù)修改”進(jìn)行新庫(kù)的雙寫
• 研發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)遷移小工具，進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移
• 研發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)比對(duì)小工具，校驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性
• 流量切到新庫(kù)，完成平滑遷移

【本文為51CTO專欄作者“58沈劍”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者】

戳這里，看該作者更多好文