TiKV 是如何存取数据的（下）

上篇文章中，我们介绍了与 TiKV 处理读写请求相关的基础知识，下面将开始详细的介绍 TiKV 的读写流程。Enjoy~

作者：唐刘 @siddontang

RawKV

TiKV 提供两套 API，一套叫做 RawKV，另一套叫做 TxnKV。TxnKV 对应的就是上面提到的 Percolator，而 RawKV 则不会对事务做任何保证，而且比 TxnKV 简单很多，这里我们先讨论 RawKV。

Write

当进行写入，譬如 Write a = 1，会进行如下步骤：

1. Client 找 PD 问 a 所在的 Region
2. PD 告诉 Region 相关信息，主要是 Leader 所在的 TiKV
3. Client 将命令发送给 Leader 所在的 TiKV
4. Leader 接受请求之后执行 Raft 流程
5. Leader 将 a = 1 Apply 到 KV RocksDB 然后给 Client 返回写入成功

Read

对于 Read 来说，也是一样的操作，唯一不同在于 Leader 可以直接提供 Read，不需要走 Raft。

TxnKV

Write

对于 TxnKV 来说，情况就要复杂的多，不过大部分流程已经在 Percolator 章节进行说明了。这里需要注意的是，因为我们要快速的 seek 到最新的 commit，所以在 RocksDB 里面，我们会先将 TS 使用 bigendian 生成 8 字节的 bytes，然后将这个 bytes 逐位取反，在跟原始的 key 组合存储到 RocksDB 里面，这样就能保证最新的提交存放到前面，seek 的时候就能直接定位了，当然 seek 的时候，也同样会将对应的 TS 按照相同的方式编码处理。

譬如，假设一个 key 现在有两次提交，commitTS 分别为 10 和 12，startTS 则是 9 和 11，那么在 RocksDB 里面，key 的存放顺序则是：

Write CF：

a_12 -> 11
a_10 -> 9

Data CF:

a_11 -> data_11
a_9 -> data_9

另外，还需要注意的是，对于 value 比较小的情况，TiKV 会直接将 value 存放到 Write CF 里面，这样 Read 的时候只要走 Write CF 就行了。在写入的时候，流程如下：

PreWrite：

Lock CF: W a -> Lock + Data

Commit:
Lock CF: R a -> Lock + 10 + Data
Lock CF: D a

Write CF: W a_11 -> 10 + Data

对于 TiKV 来说，在 Commit 阶段无论怎样都会读取 Lock 来判断事务冲突，所以我们可以从 Lock 拿到数据，然后再写入到 Write CF 里面。

Read

Read 的流程之前的 Percolator 已经有说明了，这里就不详细解释了。

SQL Key Mapping

我们在 TiKV 上面构建了一个分布式数据库 TiDB，它是一个关系型数据库，所以大家需要关注的是一个关系型的 table 是如何映射到 key-value 上面的。假设我们有如下的表结构：

CREATE TABLE t1 {
	id BIGINT PRIMARY KEY,
	name VARCHAR(1024),
	age BIGINT,
	content BLOB,
	UNIQUE(name),
	INDEX(age),
}

上面我们创建了一张表 t1，里面有四个字段，id 是主键，name 是唯一索引，age 是一个索引。那么这个表里面的数据是如何对应到 TiKV 的呢？

在 TiDB 里面，任何一张表都有一个唯一的 ID，譬如这里是 11，任何的索引也有唯一的 ID，上面 name 就是 12，age 就是 13。我们使用前缀 t 和 i 来区分表里面的 data 和 index。对于上面表 t1 来说，假设现在它有两行数据，分别是 (1, “a”, 10, “hello”) 和 (2, “b”, 12, “world”)，在 TiKV 里面，每一行数据会有不同的 key-value 对应。如下：

PK
t_11_1 -> (1, “a”, 10, “hello”)
t_11_2 -> (2, “b”, 12, “world”)

Unique Name
i_12_a -> 1
i_12_b -> 2

Index Age
i_13_10_1 -> nil
i_13_12_2 -> nil

因为 PK 具有唯一性，所以我们可以用 t + Table ID + PK 来唯一表示一行数据，value 就是这行数据。对于 Unique 来说，也是具有唯一性的，所以我们用 i + Index ID + name 来表示，而 value 则是对应的 PK。如果两个 name 相同，就会破坏唯一性约束。当我们使用 Unique 来查询的时候，会先找到对应的 PK，然后再通过 PK 找到对应的数据。

对于普通的 Index 来说，不需要唯一性约束，所以我们使用 i + Index ID + age + PK，而 value 为空。因为 PK 一定是唯一的，所以两行数据即使 age 一样，也不会冲突。当我们使用 Index 来查询的时候，会先 seek 到第一个大于等于 i + Index ID + age 这个 key 的数据，然后看前缀是否匹配，如果匹配，则解码出对应的 PK，再从 PK 拿到实际的数据。

TiDB 在操作 TiKV 的时候需要保证操作 keys 的一致性，所以需要使用 TxnKV 模式。

结语

上面简单的介绍了下 TiKV 读写数据的流程，还有很多东西并没有覆盖到，譬如错误处理，Percolator 的性能优化这些，如果你对这些感兴趣，可以参与到 TiKV 的开发，欢迎联系我 tl@pingcap.com。