微服务开发中的数据架构设计

2018 年 4 月 26 日 开源中国

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作者：Java架构资源分享

首发公众号：Java架构师学习

前言

微服务是当前非常流行的技术框架，通过服务的小型化、原子化以及分布式架构的弹性伸缩和高可用性，可以实现业务之间的松耦合、业务的灵活调整组合以及系统的高可用性。为业务创新和业务持续提供了一个良好的基础平台。本文分享在这种技术架构下的数据架构的设计思想以及设计要点，本文包括下面若干内容。

微服务技术框架中的多层数据架构设计
数据架构设计中的要点
要点1：数据易用性
要点2：主、副数据及数据解耦
要点3：分库分表
要点4：多源数据适配
要点5：多源数据缓存
要点6：数据集市

为了容易理解，本文用一个简化的销售模型来阐述，如下图。图1显示了客户、卖家、商品、定价、订单的关系（这里省略支付、物流等其他元素）。

图1 销售模型

在这个销售模型中，卖家提供商品、制定价格，客户选择产品购买、形成销售订单。根据微服务的理念设计，可以划分为客户服务、卖家服务、商品服务、定价服务、订单服务，以及公共服务（比如认证、权限、通知等），如图2所示。

图2 微服务功能

微服务架构中的多层数据架构设计

分布式架构一般把系统分为 Saas（Software-as-a-Service）、Paas（Platform-as-a-Service）、Iaas（Infrastructure as a Service ）三层。其中 Saas 层负责对外部提供业务服务，Paas 层提供基础应用平台，Iaas 层提供基础设施。微服务垂直嵌入这三层服务之中，相互独立。因此数据架构设计时需要考虑三层服务对数据的关注点，又要考虑微服务的独立性。

数据架构的分层设计

图3 微服务技术框架

如图3所示，Iaas 层提供程序运行的物理基础环境（这边涉及很多硬件·网络内容，在本文中省略）。Pass 层细分为三层，基础服务层，主要负责数据存储处理；事务框架层，主要负责微服务的注册·调度管理、分布式事务处理；应用服务层、主要实现各个微服务的 API，供其它微服务直接调用以及 Saas 层的服务调用。

Saas 服务就是公开对外提供的业务服务。全文中架构技术运用到的知识点可以在群619881427免费获取。感兴趣的可以加入进来。

数据架构自下向上相应的分为 Raw Data 层、Logic Data（inner）层和 Logic Data（outer）层（Iaas 中主要以基础硬件环境为主，在本文中省略）。

Raw Data 层是基于数据库、文件或者其他形式数据内容。Logic Data（inner）层是微服务 API 使用的逻辑数据，比如客户数据、订单数据等等。

Logic Data（outer）层是对外服务提供数据，比如客户订单数据。因此，我们的数据架构的分层结果如图4所示。

图4 数据分层架构

除此之外，很多情报会以画面或报表的形式展现出来。因此在 Logic Data(outer) 之上，可以构建 Information Block（常用的信息块）、通过 View type（显示模式）的设定后，最终 View 展现出来。

如图4所示，越靠近对外服务层，客户对设计者的影响度越大，越需要从使用性、易用性、适用性等考虑。反之，越远离对外服务层，设计上更关心数据的存储。

数据三层架构的好处是实现数据从系统实现到业务实现的逐层过渡，实现业务数据和系统数据间的松耦合。同时实现业务的灵活扩展和系统的灵活扩展。

数据架构设计中的要点

上面讲述了数据架构的分层设计，下面讲述数据架构设计中的要点。

要点1：数据易用性

数据无论用什么方式实现，其最终目的都是为业务（或者是客户）使用的。因此，在对外提供服务的时候，数据的易用性非常关键。

图5 数据易用性

如图5所示，客户信息在 Logic Data（inner）层中为了数据的柔软性和非冗余，把人员信息拆成若干子表来存储。比如，人员地址表可以无限多的存储客户地址信息。这样的好处在于每次人员地址更新时，不用直接更新人员地址，而是生成一个新的地址数据，原有的地址信息作为历史数据得到保存，易于数据快速恢复和历史信息追踪。

但在 Logic Data（outer）层提供外部数据的时候，首先考虑的是一次性能提供足够用的信息（毕竟查询的操作大大高于修改的操作），减少业务场景中不需要的信息。比如对一般客户只提供三个常用地址的时候，数据设计中地址1、地址2和地址3放在一张表中。

要点2：主、副数据及数据解耦

每个微服务 API 的数据完全独立是不太现实的，比如订单中需要有商品、客户（包括收货者）、卖家以及价格等数据。如果这些数据都在订单服务 API 中管理，那么客户情报的变更、价格调整等信息都要同步给订单 API 中数据，数据的耦合度就会变得非常高。

在数据设计的时候，需要考虑降低数据间的相互依赖性。因此，首先需要确定每个微服务 API 的主数据和副数据。主数据指微服务 API 的核心数据，这种数据的增删改主要集中在某个微服务 API 中，比如订单服务 API 中的订单数据。副数据指参照或者映射其他微服务 API 的数据，比如订单服务 API 中的商品数据、价格数据等。

其次，为了降低数据之间的耦合度，用数据关联表来表征数据间的关系。如果想去掉数据间的关联关系，直接去掉关联表即可，对数据本身的没有任何影响。具体如图6所示。

图6 主、副数据及数据解耦

要点3：分库分表

随着业务数据量不断增加，单一数据库或单一数据表中会积累大量的数据，比如订单数据，随着时间推移和客户数量的增加，产生的订单数据也会越来越多。当数据累积到一定程度后，数据操作的性能会大幅下降，也就是我们常说的数据库“带不动了”。所以，在数据架构设计阶段就应该考虑数据的分库分表。

如图7所示，分库，即我们把订单数据分为当前数据应用库、历史数据库、历史归档数据库。当前数据应用库用来支持新订单的生成以及执行中订单的增删改查。历史数据库（这里举例分为最近3个月和最近1年）当客户想看过往订单的时候才使用。历史归档数据（按年间归档）原则上不直接对客户公开，用于备查、统计分析。

对于当前数据应用库，可以继续再分库，按客户号范围来分库。这样每个数据库的大小都能得到有效控制。分表，即把一条信息分别存储在两张或多张表中。比如把订单信息按基本信息和详细信息分表，就可以适用于订单的基本信息查询和订单详细信息查询。总之，分库分表的核心就是控制单一数据库的负荷（数据量和数据信息量），通过多表多库来应对业务数据量的增长。

图7 分表分库

要点4：多源数据适配

传统的关系型数据库之外，有多种多样的数据源，比如图像、声音、视频等多媒体数据文件或数据流，CSV、TXT、Doc、Excle、PDF、XML 等各种异构数。这些数据都需要做相应的处理，转换成可管理的数据信息。因此在数据架构设计的时候，需要给不同性质的数据源配置相对应的读写适配器，同时也需要有统一调度的地方，如图8所示。全文中架构技术运用到的知识点可以在群619881427免费获取。感兴趣的可以加入进来。