5G 风起，未来数据库有哪些关键词？（下）

在自己工作的领域中，发现快乐是我坚持做技术的动力。而技术域其实就是一个画圆的过程，当你发现你的圈圈画得越大，需要求知的东西也就越多。每天必须保持一种持续学习，和与技术死磕的精神才能促使我们不断前行。我们不断前行，时代也在不断变化和发展。本文由变化看发展，从移动通讯发展的历程同步透视数据库能力的变迁，进而预测 5G 时代将会给数据库带来的重大变革。

4G 时代下的数据库 分布式+关系型的 NewSQL

时间一晃到了 2013 年 12 月，工信部在其官网上宣布向中国移动、中国电信、中国联通颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(TD-LTE)”经营许可，也就是 4G 牌照。至此，移动互联网进入了一个新的时代，即 4G 视频时代。如今 4G 已经像 “水电”一样成为我们生活中不可缺少的基本资源。而且 4G 信号的覆盖范围也非常广泛，并且成为大多数人的标配，微信、微博、小视频等手机应用成为生活中的必须，经常看到很多人刷着抖音，快手。越来越多的人参与到拍小视频，当主播这个行业当中来。有句话“南抖音北快手，智障界的两泰斗”，流传比较广的，可见 4G 不仅开启了一个全民娱乐的时代，也引来了视频自媒体发展的红利时代。我们现在根本无法想象离开手机的生活会是什么样。

对于数据库的发展来说，我们之前也谈了关系型数据库的代表 MySQL，非关系型数据库的代表 MongoDB，接下来聊聊在 4G 时代的这个时间节点，NewSQL 这个名词出现在了我们的视野里面。如果说 NoSQL 是一种变革，那么 NewSQL 就是进击的巨人。记得三国演义开篇说到“论天下大势，分久必合合久必分”。我们本文聊聊“分久必合”。

NewSQL 应是 RDBMS 中的数据模型（关系型、符合 ACID）和 NoSQL 中的计算框架、分布式存储、开源特定的结合产物。

2012 年底到 2013 年初，Google 相继发表了 Spanner 和 F1 两套系统的论文，让业界第一次看到了关系模型和 NoSQL 的扩展性在一个大规模生产系统上融合的可能性。

Google 的 Spanner + F1，是第一个生产环境中大规模验证的 NewSQL 系统；Spanner 通过使用硬件设备（GPS 时钟+原子钟）巧妙地解决时钟同步的问题——在分布式系统里，时钟正是最让人头痛的问题。Spanner 的强大之处在于即使两个数据中心隔得非常远，也能保证通过 TrueTime API 获取的时间误差在一个很小的范围内（10ms），并且不需要通讯。Spanner 的底层仍然基于分布式文件系统，不过论文里也说是可以未来优化的点。Google 的内部的数据库存储业务，大多是 3~5 副本，重要的数据需要 7 副本，且这些副本遍布全球各大洲的数据中心，由于普遍使用了 Paxos，延迟是可以缩短到一个可以接受的范围（写入延迟 100ms 以上），另外由 Paxos 带来的 Auto-Failover 能力，更是让整个集群即使数据中心瘫痪，业务层都是透明无感知的。F1 是构建在 Spanner 之上，对外提供了 SQL 接口，F1 是一个分布式 MPP SQL 层，其本身并不存储数据，而是将客户端的 SQL 翻译成对 KV 的操作，调用 Spanner 来完成请求。

NewSQL 中的典型代表就是 Google Spanner 和国内的 TiDB，巨杉等。

结合 NewSQL 数据库的特点，主要可以总结为新老技术的搭配。新技术中最基本的是扩展能力，包括存储和计算扩展；除了扩展能力，当然还有 HTAP 这种混合事务和分析场景，适应更多应用数据需求。老技术中主要就是高可用性，在一个比较大的分布式集群中，少量节点失效下，数据库依然能够提供服务，依然能够自我恢复，依然可用；事务 ACID 的支持，处理 OLTP 的能力；最后就是 SQL 完整支持，业务采用 SQL 来对存储进行交互。其特性如下图所示。

这里我们看看 TiDB 分布式数据库的样子，如下图所示。

整体架构介绍：TiKV+PD 形成了 kv 的带事务的存储引擎。

• TiKV：主要存储数据，把数据一片一片存储在集群中。

• PD：（集群管理者）存储 Tikv 中的元信息。每片数据所在位置和有哪些副本。PD 还要负责对 TiKV 节点进行负载均衡调度和管理。

• TiDB：无状态的计算层（随意扩展），支持 MySQL 协议和 SQL 请求和 SQL 优化。发送计算和获取数据的请求，通过 MySQL 协议返回给客户端。TiDB 是存储引擎和业务端的桥梁枢纽。

5G 风起，数据库将会如何发展？

1. 数据库发展总结

盘点数据库的发展历程，我们可以通过下面这幅图来完全体现出来（图片来源：https://db-engines.com/en/ranking）。

从上图中，我们了解到在最开始发展起来的是关系型数据库+SQL（代表数据库产品 Oracle，MySQL），然后发展到了非关系型 NoSQL（代表数据库产品 MongoDB），最后是分布式+关系型的 NewSQL（代表数据库产品 TiDB）。

2. 5G 风起，数据库上云是必然趋势

然后再来说说 5G，即第五代移动通信技术。国际电联将 5G 未来的应用场景划分为移动互联网和物联网两大类。凭借低延时、高可靠、低功耗以及飞一般的网速的特点，5G 的应用范围更广泛远超 4G、将渗透到生产生活的各个领域，不仅能使得超高清视频、浸入式游戏等交互方式实现再升级，还能实现海量的机器通信、支持智能家居、智能设备和智能城市，也将在车联网、移动医疗、工业互联网等垂直行业一展身手。简单来说，5G 更快、更安全、信号更强、覆盖面积更广、发展方向更加多维。如果不出意外，5G 手机明年将纷纷上市。同时，中国联通和中国电信都将于 2020 年实现重点城市的 5G 商用。这些都将带领人类开启一个万物互联、高度便捷化、自动化、智能化的崭新生活方式。

下面聊聊 5G 来了之后，未来数据库的发展是个什么样子呢？根据 Gartner 预测，到 2022 或者 2023 年，将有超过 3/4 的数据库被部署到或者迁移到云平台，不足 5%的数据库会考虑部署到本地，这就意味着云将主导数据库未来的市场。

我们知道云计算是分层次的，即三种服务模式（IaaS，PaaS，SaaS）。数据库是一款服务软件也就是 SaaS 模式，整个数据的生命周期，数据库起到的作用都是至关重要的。而且还有一点，数据与应用必须紧密配合，而 5G 时代，大多数应用也要部署在云上，那云数据库这个趋势也就毋庸置疑了。

不过，在上云这个过程中，传统的数据库与云端数据库不一样的产品架构，给上云带来了很高的门槛。还有商业数据库其高成本，难维护的特点，必将接受国产、开源数据库他们其可弹性扩展，易用、开放等特点的各种冲击与挑战。很应景的一句话是”数据信息科技，国产自主可控，开源大势所趋“。

3. 5G 数据库应该具备能力

我们再来想一想对于 5G 时代的到来，该如何规划好数据库呢？换句话说，5G 数据库应该具备什么样的能力呢？

首先先从高吞吐量和低延迟的角度入手，5G 的 ITU IMT-2020 规范要求速度高达每秒 20 千兆位，目标延迟为 1ms。这种要求才是打开数据流的金钥匙。其次，5G 数据库必须拥有瞬间线性扩展能力，5G 网络不仅会从 5G 启用的应用程序中生成大量的流数据，还会从网络、订阅、企业、网络运营商和呼叫处理中生成大量的流数据。

那么，对于目前传统的 OLTP 数据库来说，是否机器越多，SQL 执行就越快呢？答案肯定是否定的。

对于 OLTP 数据库中的线性扩展，增加机器数，单 SQL 的响应时间基本不会发生太大变化。随着云计算技术不断成熟，云数据库开始逐渐崛起，企业正将新应用向云转移，对数据存储和计算分析的能力要求不断地加强。由云厂商主导的云原生数据库势必是这波改变的推动者，云原生数据库的优势在于它的成本、灵活度、安全、技术进化层面。5G 数据库更需要在云中无缝工作，并且还要在容器化环境中进行操作。而 5G 必将带来数据的洪流，这也将推动企业数字化的转型。届时，传统数据库将肯定跟不上当前企业发展的脚步。5G 将以前所未有的速度生成前所未见的巨大数据。

4.5G+AI 助推数据库发展

科技界有两大领域越来越热：一个是 5G，一个是 AI。两者都是能够改变时代的颠覆性技术。单独看 5G 或 AI 技术，它们的发展都面临重重挑战，但是，当 5G 与 AI 这两大颠覆性技术深度融合的情况下，去看数据库的发展呢？

5G、Al 通讯与人工智能进入工业物联网、金融、空气预测等数据管理时，由需求推动的时序信息会使数据库变成实时，并且能即时生成预测结果。数据库如果实时可以用 Al 算法以后，并可生成实时的预报警系统，让大家把损失防范于未然。就如同下图所示，5G 和 AI 共同助推数据库的发展。

市面上也有一些时序数据库，在未来 5G 时代，比如 RDDTool 和 Graphite 会自动删除高精度的数据，只保留低精度的。而这些“功能”对关系型数据库而言，简直是不可想象的。

5. 未来数据库关键词

小结一下，未来数据库的发展，必然离不开下面这些词汇：

上云，数据洪流，开源，国产可控，低延迟，高吞吐，实时……

而对于我们来说，就要更早地适应未来的变化，提升自己一专多能的技术域，找到做技术那份最简单的快乐足以。

作者介绍：

张甦（sū），网名 sugar，腾讯云 TVP，MongoDB 中文社区核心成员，51CTO 专家博主，著有《MySQL 王者晋级之路》、《MongoDB 运维实战》。专注于各类开源数据库的研究学习，负责开源数据库产品推广、布道、培训等相关工作。2010 年接触的第一个数据库是 MySQL，然后时隔两年之后，首次接触 MongoDB。2019 年开始陆续学习 PostgreSQL 和分布式数据库 TiDB 等。

本文转载自公众号云加社区（ID：QcloudCommunity）。

原文链接：

https://mp.weixin.qq.com/s/ey63BQWPWm1_dYjZ8gVujw