铁路购票系统中的数据库技术《二》

【纪录片】中国数据库前世今生

在数字化潮流席卷全球的今天，数据库作为IT技术领域的“活化石”，已成为数字经济时代不可或缺的基础设施。那么，中国的数据库技术发展经历了怎样的历程？我们是如何在信息技术的洪流中逐步建立起自己的数据管理帝国的呢？腾讯云将邀请亲历数据库技术在中国从落地生根到蓬勃发展的技术专家们，与大家共同回顾中国数据库发展史上的重要时刻。 《中国数据库前世今生》纪录片共分为五期，从1980年代数据库在中国的起步，1990年代多家竞争的混沌，2000年代数据库的分型和国产数据库的开端，2010年代大数据席卷市场，到2020年代国产数据库的“百团大战”......每一期将深入探讨一个时代的数据库演变历程，以及这些大趋势下鲜为人知的小故事。2024年6月20日起，每双周四更新1期。点此前往查看>>《中国数据库前世今生》

缓存技术：减轻数据库压力

在购票高峰期，如果所有的查询都直接访问数据库，很可能会导致数据库过载。这时，我们可以引入缓存技术。

想象你在准备考试，你会把常用的公式和重点知识记在一个小本子上，随时翻阅，而不是每次都翻厚厚的教科书。这个小本子就相当于缓存。

在铁路买票系统中，我们可以将热门线路的车次信息、余票信息等存储在缓存中。这样，大部分的查询请求可以直接从缓存中获取数据，大大减轻了数据库的压力。

常用的缓存技术包括：

• 本地缓存：直接将数据存储在应用服务器的内存中。
• 分布式缓存：使用如Redis这样的分布式缓存系统。

数据一致性：确保交易公平

在铁路买票系统中，确保数据一致性至关重要。我们不能让同一个座位被多个乘客重复购买，也不能出现余票数量不一致的情况。

想象你和朋友一起在售票处排队买票，必须确保每个人都有公平的机会，而且票的数量始终是准确的。这就是保持数据一致性的目标。

在数据库层面，我们可以使用事务来确保操作的原子性。同时，我们还可以使用悲观锁或乐观锁来处理并发问题。

• 悲观锁：在查询余票时就锁定相关记录，直到购票完成或超时才释放锁。
• 乐观锁：在更新余票时检查数据是否被其他事务修改过，如果被修改过则重试或放弃。

分布式事务：跨系统的数据一致性

铁路买票系统通常是一个复杂的分布式系统，可能涉及多个子系统，如订票系统、支付系统、会员系统等。在这种情况下，我们需要使用分布式事务来确保跨系统的数据一致性。

想象你在购买一张从北京到上海的票，这个过程可能涉及以下步骤：

1. 在订票系统中锁定一个座位
2. 在支付系统中完成付款
3. 在会员系统中更新积分

这些操作必须作为一个整体来执行，要么全部成功，要么全部失败。这就是分布式事务所要解决的问题。

常用的分布式事务解决方案包括：

• 两阶段提交（2PC）
• 补偿事务（TCC）
• 最终一致性

读写分离：优化查询性能

在铁路买票系统中，读操作（如查询车次信息）的频率远高于写操作（如购票）。为了优化性能，我们可以采用读写分离策略。

这个概念我们在前面讲主从复制时已经提到过。主数据库负责处理所有的写操作，而读操作则分散到多个从数据库上。这样不仅提高了系统的并发处理能力，还增强了系统的可用性。

数据库监控：及时发现问题

对于铁路买票系统这样的关键系统，我们需要实时监控数据库的状态，及时发现和解决问题。

想象你是一名列车调度员，需要时刻关注每一列火车的运行状况。数据库监控就是类似的工作。

我们通常会监控以下指标：

• 查询响应时间
• 连接数
• 磁盘I/O
• CPU使用率
• 内存使用情况

通过这些指标，我们可以及时发现性能瓶颈，进行优化或扩容。

数据库备份与恢复：确保数据安全

铁路买票系统存储了大量重要的数据，包括乘客信息、车票信息等。因此，定期的数据库备份和有效的恢复机制是必不可少的。

想象你在管理一个重要的文件柜，你会定期对文件进行备份，并确保在文件丢失时能够快速恢复。数据库的备份与恢复策略也是类似的思想。

在实践中，我们通常会采用以下策略：

• 定期全量备份：例如每天凌晨进行一次完整备份。
• 实时增量备份：记录数据库的所有变更操作。
• 异地备份：将备份数据存储在不同的地理位置，以应对极端情况。

同时，我们还需要定期进行恢复演练，确保在需要时能够快速恢复数据。

安全性：保护sensitive数据

铁路买票系统存储了大量的个人信息，因此数据安全至关重要。我们需要采取多重措施来保护这些敏感数据：

• 数据加密：对敏感信息（如身份证号、信用卡信息）进行加密存储。
• 访问控制：严格控制数据库的访问权限，实施最小权限原则。
• 审计日志：记录所有对敏感数据的访问和修改操作，便于追踪和审计。
• 数据脱敏：在非生产环境中使用脱敏后的数据，避免真实数据泄露。

1. 性能优化：应对峰值流量

在节假日等特殊时期，铁路买票系统可能面临极大的访问压力。除了前面提到的分片、缓存等技术外，我们还可以采取以下措施来优化性能：

• SQL优化：优化复杂查询的SQL语句，避免全表扫描等低效操作。
• 连接池：使用数据库连接池，避免频繁创建和销毁数据库连接。
• 数据库参数调优：根据实际情况调整数据库的各项参数，如缓冲池大小、最大连接数等。
• 定期维护：如重建索引、更新统计信息等，保持数据库的最佳性能状态。

异步处理：削峰填谷

在购票高峰期，系统可能无法实时处理所有的请求。这时，我们可以采用异步处理的方式。

想象一个繁忙的售票窗口，工作人员不是立即处理每个购票请求，而是先收集所有请求，然后按照一定的顺序处理。这就是异步处理的思想。

在实际系统中，我们可以使用消息队列（如RabbitMQ、Kafka）来实现异步处理。用户的购票请求会先进入消息队列，然后由后台服务按照一定的速率处理这些请求。这样不仅可以保护数据库，还能够平滑处理峰值流量。