資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：的集群設(shè)計對等網(wǎng)群集所有點都是對等的，只是在創(chuàng)建群或者加入集群時需要指定一個主節(jié)點，一旦結(jié)點成功加入集群，所有的結(jié)點對等。對等網(wǎng)的優(yōu)點是，集群中的任何節(jié)點失效，集群對外提供服務(wù)完全不會中斷，只是集群的容量受影響。
在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，我們面對的是更多的客戶端，更低的請求延遲，這當然需要對數(shù)據(jù)做大量的 Cache 以提高讀寫速度。
術(shù)語節(jié)點：指集群里的一臺服務(wù)器。
現(xiàn)有 Cache 系統(tǒng)的特點目前業(yè)界使用得最多的 Cache 系統(tǒng)主要是 memcached 和 redis。 這兩個 Cache 系統(tǒng)都有都有很大的用戶群，可以說是比較成熟的解決方案，也是很多系統(tǒng)當然的選擇。 不過，在使用 memcached 和 redis 過程中，還是碰到了不少的問題和局限：
Cluster 支持不夠。在擴容、負載均衡、高可用等方面存在明顯不足。
持久化支持不好，出現(xiàn)問題后恢復(fù)的代價大。memcached 完全不支持持久化，redis 的持久化會造成系統(tǒng)間歇性的負載很高。
我期待的理想 Cache 系統(tǒng)良好的 cluster 支持
Key 可以動態(tài)分散（Auto Sharding）在不同的服務(wù)器上，可以通過動態(tài)添加服務(wù)器節(jié)點增加系統(tǒng)容量。
沒有單點失效，任何一個單點都不會造成數(shù)據(jù)不可訪問。
讀寫負載可以均勻分布在系統(tǒng)的不同節(jié)點上。
支持異步持久化支持
方便快速恢復(fù)，甚至可以直接用作 key/value 數(shù)據(jù)庫。 經(jīng)常在跟業(yè)界朋友交流時，會提到用 key 分段的方法來做容量擴展以及負載均衡。但是用靜態(tài)的 key 分段會有不少問題：
Cache 系統(tǒng)本身及使用 cache
的客戶端都需要預(yù)設(shè)一個分段邏輯，這個邏輯后期如果需要調(diào)整將會非常困難。不能解決單點失效的問題，還需要額外的手段。運維需要更多的人為參與，避免 key 超出現(xiàn)有分區(qū)，一旦出現(xiàn) key 找不到對應(yīng)服務(wù)器，訪問直接失敗。
基于這些想法，我花了幾天時間在 google, stack overflow, quora 上看了很多大家關(guān)于 cache cluster 的討論，找到一個比較新系統(tǒng) Couchbase。
mem vs cb memcached VS couchbase
Couchbase 群集所有點都是對等的，只是在創(chuàng)建群或者加入集群時需要指定一個主節(jié)點，一旦結(jié)點成功加入集群，所有的結(jié)點對等。
對等網(wǎng)的優(yōu)點是，集群中的任何節(jié)點失效，集群對外提供服務(wù)完全不會中斷，只是集群的容量受影響。 Smart Client
由于 couchbase 是對等網(wǎng)集群，所有的節(jié)點都可以同時對客戶端提供服務(wù)，這就需要有方法把集群的節(jié)點信息暴露給客戶端，couchbase 提供了一套機制，客戶端可以獲取所有節(jié)點的狀態(tài)以及節(jié)點的變動，由客戶端根據(jù)集群的當前狀態(tài)計算 key 所在的位置。 vBucket
vBucket 概念的引入，是 couchbase 實現(xiàn) auto sharding，在線動態(tài)增減節(jié)點的重要基礎(chǔ)。
簡單的解釋 vBucket 可以從靜態(tài)分片開始說起，靜態(tài)分片的做法一般是用 key 算出一個 hash，得到對應(yīng)的服務(wù)器，這個算法很簡單，也容易理解。如以下代碼所示：
servers = ["server1:11211", "server2:11211", "server3:11211"] server_for_key(key) = servers[hash(key) % servers.length]
但也有幾個問題：
如果一臺服務(wù)器失效，會造成該分片的所有 key 失效。
如果服務(wù)器容量不同，管理非常麻煩。
前面提到過，運維、配置非常不方便。
為了把 key 跟服務(wù)器解耦合，couchbase 引入了 vBucket。可以說 vBucket 代表一個 cache 子集，主要特點：
key hash 對應(yīng)一個 vBucket，不再直接對應(yīng)服務(wù)器。
集群維護一個全局的 vBucket 與服務(wù)器對應(yīng)表。
前面提到的 smart client 重要的功能就是同步 vBucket 表。
如以下代碼所示：
servers = ["server1:11211", "server2:11211", "server3:11211"] vbuckets = [0, 0, 1, 1, 2, 2] server_for_key(key) = servers[vbuckets[hash(key) % vbuckets.length]]
由于 vBucket 把 key 跟服務(wù)器的靜態(tài)對應(yīng)關(guān)系解耦合，基于 vBucket 可以實現(xiàn)一些非常強大有趣的功能，例如：
Replica，以 vBucket 為單位的主從備份。如果某個節(jié)點失效，只需要更新 vBucket 映射表，馬上啟用備份數(shù)據(jù)。
動態(tài)擴容。新增加一個節(jié)點后，可以把部分 vBucket 轉(zhuǎn)移到新節(jié)點上，并更新 vBucket 映射表。
vBucket 非常重要，以后可以多帶帶寫一篇文章分享。
總結(jié)Couchbase 的對等網(wǎng)設(shè)計，smart client
直接獲取整的集群的信息，在客戶端實現(xiàn)負載均衡，整個集群沒有單點失效，并且完全支持平行擴展。
vBucket 的引入，完全實現(xiàn)了 auto sharding，可以方便靈活的把數(shù)據(jù)的子集在不同節(jié)點上移動，以實現(xiàn)集群動態(tài)管理。
Couchbase 有一個非常專業(yè)的 web 管理界面，并且支持通過 RESTful API 管理，這也是 memcached,
redis 不能企及的。
如果只是做 key/value 的 cache，Couchbase 可以完全取代 memcached。
Couchbase 已經(jīng)被我們在生產(chǎn)環(huán)境中大量采用。
關(guān)于作者張虎
weibo: @Tiger_張虎， 云巴 (yunba.io) 創(chuàng)始人，yunba.io 云后端服務(wù)。 JPush 創(chuàng)始人，原CTO。 Oracle VM 創(chuàng)始團隊成員。
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