CN112328685A - 一种全对等分布式数据库数据同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及分布式数据库系统技术领域，具体提供了一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，具有以下步骤：S1、存储数据信息；S2、节点启动；S3、节点加入集群；S4、客户端数目上限新增节点客户端的请求；S5、在节点中启动循环定时器；S6、集群规模大时，引入跳数概念。与现有技术相比，本发明的一种全对等分布式数据库数据同步方法，一定程度解决了分布式数据库系统内的资源占用瓶颈，提升了系统的并发性能，具有良好的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及分布式数据库系统技术领域，具体提供一种全对等分布式数据库数据同步方法。
背景技术
分布式数据库系统通常在逻辑上是一个统一的整体,在物理上则是分别存储在不同的物理节点上,其主要设计目标是可扩展,强一致和高可靠。数据库中的数据分别在不同的局部数据库中存储、由不同的数据库管理系统进行管理、在不同的机器上运行、由不同的操作系统支持、被不同的通信网络连接在一起。在异常发生时要求在无人为干预情况下，以极短的中断时间容忍磁盘、主机和机架甚至整个数据中心的故障。从用户的角度看，一个分布式数据库系统在逻辑上和集中式数据库系统一样，用户可以在任何一个场地的任何一个节点执行所有的数据库操作，且执行结果完全相同。
分布式数据库系统中的每台存储服务器称为节点，每个节点包含一个或多个Store，每个Store独享一块磁盘，每个Store对应一个存储实例。系统将用户数据组织成有序的Key-Value键值对形成一个KV map，KV map逻辑上按照范围被切分成大量的Key空间，每个Key空间称为Range，每个Store包含一批Range。每个Range被复制多份分布到多个节点上形成适当的数据冗余，提高系统的可靠性。
为了达到分布式数据库的特性，每个节点都需要知晓整个集群内的运行信息，包括集群整体配置信息，节点配置信息、节点健康情况、存储使用情况、描述存储数据位置的数据信息、节点网络连接情况等，这些数据信息区别于用户数据称之为元数据信息。为了实现上述功能目前的分布式数据库系统通常在集群内单独设计一个元数据管理系统来存储这些数据，这个数据管理系统通常位于一个中心节点上，集群内其他节点和中心节点通过周期性的交互将数据发送到中心节点。当用户在任意节点的客户端发起sql操作时，该节点从中心节点请求必要的数据信息完成计算。当集群的规模比较大时，这种周期性的交互会造成中心节点的系统资源消耗巨大从而造成扩展瓶颈，而且当多个客户端同时发起操作时，由于中心节点需要同时处理大量的请求，影响分布式数据库的并发性能。
发明内容
本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种实用性强的全对等分布式数据库数据同步方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全对等分布式数据库数据同步方法，具有以下步骤：
S1、存储数据信息；
S2、节点启动；
S3、节点加入集群；
S4、客户端数目上限新增节点客户端的请求；
S5、在节点中启动循环定时器；
S6、集群规模大时，引入跳数概念。
进一步的，在步骤S1中，在存储时通过序列化将字符串压缩成二进制格式的数据，其次，构造key时在数据ID前加上标识数据类型的前缀，每种数据类型对应一个前缀构成唯一的key；
当读取数据时，根据前缀和ID构造相应的key从KV map中读取到对应的二进制数据，然后反序列化成可读的字符串。
进一步的，在步骤S1中为每条数据增加时间戳，时间戳用来判断数据是否需要被同步。
进一步的，在步骤S2中，节点启动时会指定节点的IP地址以及端口号，这两个地址构成了一个网络地址以标识该节点；
节点启动后会指定连接一个当前集群内的其他节点地址，这样本节点充客户端角色，被连接的节点充当服务端角色，两者通过远程过程调用的方式建立双向连接流；
当客户端存储集群数据信息的KV map新插入记录时，触发客户端遍历当前的KVmap根据时间戳从中取出最新未同步的数据发送给服务端，当服务端收到该数据后存入自身的KV map，同时遍历KV map将自身未同步的数据返回给客户端，这样完成一次数据的同步。
进一步的，在步骤S3中，当节点加入集群时，会选择连接当前的某个服务端，这时一个服务端会对应两个客户端，所述客户端分别把自身数据信息发送给服务端，再被服务端同步到另一个客户端用于数据同步到整个集群中。
进一步的，在步骤S4中，服务端会从已连接的客户端中随机选取一个返回给发起连接的节点，该节点会连接收到的应答中节点地址作为自己的服务端，保证节点既是服务端又是客户端，客户端和服务端之间不断交互数据信息，将自身拥有的最新数据以增量的方式不断同步，最终集群内所有节点都拥有所有的数据信息。
进一步的，在步骤S5中，在每个节点中启动两个循环定时器分别控制该节点作为服务端和客户端时同步数据的频率，当节点监听到存储元数据的KV map发生变化后，如果定时器还未超时则该次触发同步忽略；
当定时器超时后将该段时间内的所有未同步的数据一起同步。
进一步的，在步骤S6中，在KV map存储每条数据时为引入跳数的概念，这条数据在本节点产生时跳数为0，每到达一个节点时跳数加1进行存储，这样每个节点知道离自己最远的节点；
在节点中启动一个循环定时器来处理该节点的最远节点的连接，当该定时器超时后遍历KV map找到跳数最大的条目，对该条目对应的节点发起直接连接。
进一步的，直接连接最远节点不成功时，在节点起一个循环定时器周期性的删除已连接的客户端中贡献最小的节点为最远节点提供空闲连接。
进一步的，贡献最小的判断依据是遍历KV map对不同客户端节点的条目累加后排序，条目最少的节点则为贡献最小节点；
当定时器超时后如果客户端连接已经达到上限，则将贡献最小的节点连接断开，如果未到上限则不用处理。
本发明的一种全对等分布式数据库数据同步方法和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：
为了解决分布式数据库系统的中心节点所带来的资源瓶颈，本发明设计了一种全对等分布式数据库数据同步方法，消除中心节点的概念，每个节点在集群内的地位是完全相同的。该方法可以通过直连节点之间的相互通信自动将本节点的数据同步到整个集群，并且可以周期性的针对集群的异常情况和网络通信时间长等问题自行调整。此外在数据同步时可以根据当前的系统状态控制同步频次，该方法一定程度解决了分布式数据库系统内的资源占用瓶颈，提升了系统的并发性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1是一种全对等分布式数据库数据同步方法的架构图；
附图2是一种全对等分布式数据库数据同步方法的中心节点的架构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明的方案，下面结合具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。
下面给出一个最佳实施例：
如图1-2所示，本方法为了解决分布式数据库系统的中心节点所带来的资源瓶颈，首先由于不同类型的数据不能直接存储，所以在存储时需要通过序列化将字符串压缩成二进制格式的数据，达到统一存储的目的，同时二进制格式的数据也可以提高数据同步的效率。
其次虽然数据类型不同，但标识数据的ID可能是相同的，例如节点ID和节点所在的store ID可能都是1，所以构造key时需要在数据ID前加上标识数据类型的前缀，每种数据类型对应一个前缀以此来构造唯一的key。当需要读取数据时根据前缀和ID构造相应的key从KV map中读取到对应的二进制数据，然后反序列化成可读的字符串。除了存储数据信息，还需要为每条数据增加时间戳，时间戳用来判断该条数据是否需要被同步。
分布式数据库系统的节点启动时会指定该节点的IP地址以及端口号，这两个地址构成了一个独一无二的网络地址以标识该节点。节点启动后会指定连接一个当前集群内的其他节点地址，这样本节点充当客户端角色，被连接的节点充当服务端角色，两者通过远程过程调用的方式建立双向连接流。当客户端存储集群数据信息的KV map新插入记录时，触发客户端遍历当前的KV map根据时间戳从中取出最新未同步的数据发送给服务端，当服务端收到该数据后存入自身的KV map，同时遍历KV map将自身未同步的数据返回给客户端，这样完成一次数据的同步。为了加快数据的同步速度，服务端在没有收到客户端请求时，也会监听自己的KV map的变化，当发生变化时将未更新的数据主动同步给客户端。
当第三个节点加入集群时，通常它会选择连接当前的某个服务端，这时一个服务端会对应两个客户端。客户端分别把自身数据信息发送给服务端，再被服务端同步到另一个客户端，达到数据同步到整个集群的目的。随着更多节点的加入，一个服务端连接的客户端会不断增多，为了保证服务端的同步效率，需要限制服务端可连接的客户端数目。客户端数目达到上限后再收到新增节点客户端的连接请求，服务端会从已连接的客户端中随机选取一个返回给发起连接的节点，该节点会连接收到的应答中的节点地址作为自己的服务端。这样一个节点可能既是服务端又是客户端，客户端和服务端之间不断交互数据信息，将自身拥有的最新数据以增量的方式不断同步出去，最终集群内所有节点都会拥有所有的数据信息，且是完全相同的。
分布式数据库集群内需要同步的数据类型很多，在不同的场景下对数据同步的即时性有不同的要求。当集群规模比较大例如达到上千个节点时，由于所有节点都在不断同步数据同步的条目可能会达到每秒上百条，集群的CPU、内存、网络带宽资源消耗非常大，会影响到集群的并发性可用性等性能，因此针对不同的场景需要制定差异的同步策略来减少系统资源消耗提升集群性能。
在每个节点中启动两个循环定时器分别控制该节点作为服务端和客户端时同步数据的频率，当节点监听到存储元数据的KV map发生变化后，如果定时器还未超时则该次触发同步将被忽略，当定时器超时后将该段时间内的所有未同步的数据一起同步。这两个定时器的超时时间是可以被用户配置的，如果集群需要快速稳定可以把时间配置成比较短，如果集群已经启动一段时间达到平稳运行期间，可以把时间配置成比较长。
当集群规模比较大时可能会出现每个服务端连接的客户端都达到上限的情况，这时可能会出现节点收到的元数据信息是经过很多的其他节点中转后到达的，这些数据的网络延迟非常大影响集群的高可用性。针对这种情况在KV map存储每条数据时为引入跳数的概念，这条数据在本节点产生时跳数为0，每到达一个节点时跳数加1进行存储，这样每个节点可以知道哪个节点距离自己最远。在节点中启动一个循环定时器来处理该节点的最远节点的连接，当该定时器超时后遍历KV map找到跳数最大的条目，对该条目对应的节点发起直接连接，以此来减少和最远节点之间的传输延时。
由于每个服务端对应的客户端存在限制，直接连接最远节点可能不成功，为了解决该问题节点需要起一个循环定时器周期性的删除已连接的客户端中贡献最小的节点为最远节点提供空闲连接。贡献最小的判断依据是遍历KV map对不同客户端节点的条目累加后排序，条目最少的节点则为贡献最小节点。当定时器超时后如果客户端连接已经达到上限，则将贡献最小的节点连接断开，如果未到上限则不用处理。
上述具体的实施方式仅是本发明具体的个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体的实施方式，任何符合本发明的一种全对等分布式数据库数据同步方法权利要求书的且任何所述技术领域普通技术人员对其做出的适当变化或者替换，皆应落入本发明的专利保护范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，具有以下步骤：
S1、存储数据信息；
S2、节点启动；
S3、节点加入集群；
S4、客户端数目上限新增节点客户端的请求；
S5、在节点中启动循环定时器；
S6、集群规模大时，引入跳数概念。
2.根据权利要求1所述的一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，在步骤S1中，在存储时通过序列化将字符串压缩成二进制格式的数据，其次，构造key时在数据ID前加上标识数据类型的前缀，每种数据类型对应一个前缀构成唯一的key；
当读取数据时，根据前缀和ID构造相应的key从KV map中读取到对应的二进制数据，然后反序列化成可读的字符串。
3.根据权利要求2所述的一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，在步骤S1中为每条数据增加时间戳，时间戳用来判断数据是否需要被同步。
4.根据权利要求1所述的一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，在步骤S2中，节点启动时会指定节点的IP地址以及端口号，这两个地址构成了一个网络地址以标识该节点；
节点启动后会指定连接一个当前集群内的其他节点地址，这样本节点充客户端角色，被连接的节点充当服务端角色，两者通过远程过程调用的方式建立双向连接流；
当客户端存储集群数据信息的KV map新插入记录时，触发客户端遍历当前的KV map根据时间戳从中取出最新未同步的数据发送给服务端，当服务端收到该数据后存入自身的KVmap，同时遍历KV map将自身未同步的数据返回给客户端，这样完成一次数据的同步。
5.根据权利要求1所述的一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，在步骤S3中，当节点加入集群时，会选择连接当前的某个服务端，这时一个服务端会对应两个客户端，所述客户端分别把自身数据信息发送给服务端，再被服务端同步到另一个客户端用于数据同步到整个集群中。
6.根据权利要求1所述的一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，在步骤S4中，服务端会从已连接的客户端中随机选取一个返回给发起连接的节点，该节点会连接收到的应答中节点地址作为自己的服务端，保证节点既是服务端又是客户端，客户端和服务端之间不断交互数据信息，将自身拥有的最新数据以增量的方式不断同步，最终集群内所有节点都拥有所有的数据信息。
7.根据权利要求1所述的一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，在步骤S5中，在每个节点中启动两个循环定时器分别控制该节点作为服务端和客户端时同步数据的频率，当节点监听到存储元数据的KV map发生变化后，如果定时器还未超时则该次触发同步忽略；
当定时器超时后将该段时间内的所有未同步的数据一起同步。
8.根据权利要求1所述的一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，在步骤S6中，在KV map存储每条数据时为引入跳数的概念，这条数据在本节点产生时跳数为0，每到达一个节点时跳数加1进行存储，这样每个节点知道离自己最远的节点；
在节点中启动一个循环定时器来处理该节点的最远节点的连接，当该定时器超时后遍历KV map找到跳数最大的条目，对该条目对应的节点发起直接连接。
9.根据权利要求8所述的一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，直接连接最远节点不成功时，在节点起一个循环定时器周期性的删除已连接的客户端中贡献最小的节点为最远节点提供空闲连接。
10.根据权利要求9所述的一种全对等分布式数据库数据同步方法，其特征在于，贡献最小的判断依据是遍历KV map对不同客户端节点的条目累加后排序，条目最少的节点则为贡献最小节点；
当定时器超时后如果客户端连接已经达到上限，则将贡献最小的节点连接断开，如果未到上限则不用处理。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |