前言

毫不夸張地說(shuō)，無(wú)論我們的后端工程師在哪家公司，呆在哪個(gè)團(tuán)隊(duì)，做哪個(gè)系統(tǒng)，第一個(gè)頭疼的問(wèn)題絕對(duì)是數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。如果我們有一套成熟的方法論，我相信我們可以快速準(zhǔn)確地解決我們每天遇到的80%甚至90%的性能問(wèn)題。

從解決問(wèn)題的角度來(lái)看，我們必須首先了解問(wèn)題的原因；其次，我們必須有一套思考和判斷問(wèn)題的過(guò)程，讓我們合理地選擇解決方案；最后，從許多解決方案中選擇合適的解決方案，找到合適的解決方案的前提是我們對(duì)各種解決方案之間的優(yōu)缺點(diǎn)和場(chǎng)景有足夠的了解。沒(méi)有一個(gè)解決方案是完全通用的，軟件工程也沒(méi)有銀彈。

以下是我工作多年以來(lái)使用的八個(gè)計(jì)劃。結(jié)合我通常學(xué)習(xí)和收集的一些信息，我以系統(tǒng)和全面的方式整理成這篇博客文章。我也希望一些有需要的同行能在工作和成長(zhǎng)中提供一些幫助。

為什么數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)慢？

無(wú)論是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)還是 NoSQL，任何存儲(chǔ)系統(tǒng)能的存儲(chǔ)系統(tǒng)主要有三種：

• 時(shí)間復(fù)雜
• 數(shù)據(jù)總量
• 高負(fù)載

有兩個(gè)主要因素決定了搜索時(shí)間的復(fù)雜性：

• 查找算法
• 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

無(wú)論是哪種存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)量越少，自然查詢性能越高。隨著數(shù)據(jù)量的增加，資源的消耗（CPU、磁盤讀寫繁忙)，耗時(shí)也會(huì)越來(lái)越高。

從關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的角度來(lái)看，索引結(jié)構(gòu)基本固定B Tree，時(shí)間復(fù)雜度是O(log n)，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是行式存儲(chǔ)。因此，我們只能優(yōu)化關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)量。

高負(fù)荷的原因包括高并發(fā)請(qǐng)求、復(fù)雜查詢等CPU、磁盤繁忙，服務(wù)器資源不足會(huì)導(dǎo)致慢查詢等問(wèn)題。

這類問(wèn)題通常通過(guò)集群和數(shù)據(jù)冗余來(lái)分擔(dān)壓力。

應(yīng)該站在哪個(gè)層面思考優(yōu)化？

從上圖可以看出，自上而下有硬件、存儲(chǔ)系統(tǒng)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和具體實(shí)現(xiàn)四層。

層與層緊密相連，每層上層為層的載體；因此越往頂層越能決定性能的上限，同時(shí)優(yōu)化的成本也相對(duì)會(huì)比較高，性價(jià)比也隨之越低。

以底層的具體實(shí)現(xiàn)為例，索引優(yōu)化的成本應(yīng)該是最小的?？梢哉f(shuō)，添加索引后，無(wú)論是 CPU 消耗或響應(yīng)時(shí)間立竿見影。

然而，一個(gè)簡(jiǎn)單的句子，無(wú)論如何優(yōu)化和索引也是有限的，當(dāng)沒(méi)有任何優(yōu)化空間的具體實(shí)現(xiàn)層存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，思考是否從物理表設(shè)計(jì)優(yōu)化（如庫(kù)表、壓縮數(shù)據(jù)量等），如果是文檔數(shù)據(jù)庫(kù)必須考慮文檔聚合的結(jié)果。

如果存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化沒(méi)有效果，我們必須繼續(xù)考慮上次。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是否不適合當(dāng)前的業(yè)務(wù)場(chǎng)景？

如果要更換存儲(chǔ)，如何更換 NoSQL?

因此，出于性價(jià)比的優(yōu)先考慮，我們的優(yōu)化理念是具體實(shí)現(xiàn)的。沒(méi)有優(yōu)化的空間。當(dāng)然，如果公司有錢，直接使用鈔票的能力，繞過(guò)前三層，這也是一種方便的應(yīng)急處理方法。

本文不討論頂部和底部的優(yōu)化，主要從存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)系統(tǒng)中間兩層的角度。

總結(jié)八大方案

數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化方案有三個(gè)核心本質(zhì)：減少數(shù)據(jù)量，用空間換性能，選擇合適的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

這也對(duì)應(yīng)了開頭慢解釋的三個(gè)原因:數(shù)據(jù)總量、高負(fù)載、查找的時(shí)間復(fù)雜度。

以下是收入類型的一般解釋：短期收入、低處理成本、緊急響應(yīng)，長(zhǎng)期存在技術(shù)債務(wù)；長(zhǎng)期收入與短期收入相反，短期處理成本高，但效果可長(zhǎng)期使用，可擴(kuò)展性更好。

靜態(tài)數(shù)據(jù)意味著相對(duì)變化頻率較低，不需要過(guò)多的聯(lián)表，where 過(guò)濾較少。相反，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)更新頻率高，通過(guò)動(dòng)態(tài)條件篩選過(guò)濾。

減少數(shù)據(jù)量

減少數(shù)據(jù)量