作者：夢實
PolarDB-X 2.0（以下簡稱PolarDB-X）與DRDS（DRDS也稱為PolarDB-X 1.0）都是阿裡雲上的分布式資料庫産品。看起來她們都是Share-Nothing的架構，用水準擴充來解決單機資料庫瓶頸問題。很多同學是以會有疑惑，她們倆到底有什麼樣的差別？
DRDS，其本質是搭建在标準MySQL（阿裡雲上的RDS For MySQL）上的分庫分表中間件，具有很高的靈活性。
PolarDB-X是使用雲原生技術的分布式資料庫，具有一體化的資料庫體驗，其存儲節點是經過了高度定制的MySQL，進而提供了大量中間件無法提供的能力（使用全局MVCC的強一緻的分布式事務、私有RPC協定帶來的性能提升、Follower上的一緻性讀能力等等）。
本文帶大家從各個角度剖析下，PolarDB-X與DRDS的異同。
首先簡單說下她們相似的地方：
- 她們都能基于Share-Nothing的架構，具備極強的水準擴充能力
- 她們都基于MySQL的生态體系，具有很高的MySQL相容性
- 她們使用同樣的SQL引擎，具備相似的SQL執行能力
- 她們均提供分布式事務、全局索引等常見中間件不具備的高階能力
- 她們都在阿裡巴巴内部廣泛使用，曆經多年雙十一的考驗，穩定可靠
接下來我們重點看下她們有哪些差別。
使用體驗
抛開技術原理，我們先看下最直覺的産品體驗上有哪些異同。
- 購買執行個體
由于DRDS是一個中間件，是以其和MySQL的接線劃分得比較清晰，DRDS本身不包含MySQL（RDS）資源，MySQL由使用者單獨購買。你需要在兩個産品的控制台上單獨進行購買，并在DRDS控制台上将其組裝在一起。
PolarDB-X提供的是一個整體的資料庫服務，你隻需要建立一個PolarDB-X執行個體即可，其中包含了所需要的計算資源、存儲資源。
- 建庫
DRDS中，建庫需要在控制台完成，并且在建庫過程中需要選擇已有或者購買新的MySQL資源：
PolarDB-X中，你可以像使用單機資料庫一樣，使用你習慣的工具進行連接配接，然後使用CREATE DATABASE指令建立資料庫：
- 擴容
DRDS中，你需要評估每個MySQL的容量，并選擇将哪些分庫挪到新的MySQL存儲上。
PolarDB-X中，你隻需要選擇節點數，資料将自動均衡地分布在各個存儲節點上。
- 資料同步
如果你要将DRDS中的資料同步到下遊，很多時候你需要使用DTS來訂閱其中的每一個MySQL執行個體，并仔細處理同一個邏輯表的不同分表之間例如表名的差異等細節，并且DDL操作會讓這個同步鍊路中斷。
PolarDB-X提供一個統一的binlog服務，你可以使用DTS像訂閱一個單機MySQL一樣來訂閱它。這個binlog服務完全相容MySQL，其屏蔽了所有的分布式的細節，讓下遊服務認為它是一個普通的單機MySQL（例如PolarDB-X支援包括SHOW BINLOG EVENTS在内的所有BINLOG相關的指令）。
- 讀寫分離
DRDS中，你可以使用隻讀執行個體（備庫）來進行一些高消耗的SQL，避免對線上業務産生影響。但是，你需要手動來判斷這些SQL的類型，并通過HINT、不同的連接配接串等方式，将其放到正确的地方來執行。同時，你需要注意備庫上存在延遲，你需要改造你的業務系統，使其能夠容忍這種延遲。
PolarDB-X中，應用使用一個連接配接串即可，你無需關注這些SQL的類型和代價（用不着給它們加HINT），它的優化器會自動識别這些SQL的代價，并且使用正确的資源池來執行它們，盡最大可能避免AP的SQL影響到TP的SQL。
同時，PolarDB-X的存儲節點，支援Follower上的一緻性讀，是以你不需要擔心在備庫上讀取資料會讀到老的資料，任何時候去讀，都能讀到最新的資料。
- 運維
由于DRDS允許使用你自己購買的MySQL執行個體進行元件，是以你擁有這些MySQL執行個體完整的運維權限，你可以對它們做任何你想做的事情，例如：
* 負載不均衡時，單獨對其中一個節點進行規格的更新
* 将其中的某個存儲節點給其他的業務使用
* 使用任意版本的RDS（5.6、5.7、8.0均可）
* 訂閱任意一個RDS的binlog
但是，這種靈活性也存在一定的風險，例如，我們沒有辦法阻止你直接删除其中的一個分庫，這會導緻DRDS無法正常通路這個分庫上的資料。
PolarDB-X對使用者屏蔽了存儲節點，你不能、也不需要直接通路其存儲節點，它将一個資料庫的整體視角呈現給使用者，它通過自動的負載均衡、邏輯binlog、混合負載的HTAP等能力來減少你對存儲節點直接通路的需求。目前PolarDB-X DN主要基于的的MySQL版本為5.7，後續8.0的支援也已經在規劃中。
架構差異
以上的差異，很多由其架構決定，我們看下PolarDB-X與DRDS在架構上的差異點。
這是DRDS的架構圖：
DRDS的架構中，大量功能依賴外圍管控系統完成，例如：
- 擴容，使用内部一個叫精衛的元件來進行。
- 中繼資料，一個地域内會共享一個叫Diamond的存儲
- 主備探活、切換，依賴一個叫ADHA的元件
- 等等
這是PolarDB-X的架構圖：
PolarDB-X中，核心功能全部内聚到核心。
- PolarDB-X使用X-DB作為其DN（資料節點）。X-DB使用Paxos（ PolarDB-X 一緻性共識協定 —— X-Paxos ）做到了RPO=0。
- PolarDB-X相比DRDS，引入了一個新的元件：GMS（Global Meta Service），他具備非常重要的作用：
-
- 提供分布式事務所使用的全局自增的時間戳
- 根據負載情況，排程資料的分布，使節點之間達到均衡
- 提供統一的中繼資料，例如INFORMATION_SCHEMA
- 對CN與DN進行管理，例如切換、上下線等
- DRDS的擴容基于binlog，依賴外圍管控系統完成。PolarDB-X的擴容基于分布式事務，由核心完成。
- 架構繼續往下細化，我們可以看一下其資料的分布情況：
DRDS下的RDS是傳統的主備（或者三節點）架構，主備以執行個體級為機關，正常情況下備庫不提供服務：
PolarDB-X下的DN，均為三節點架構，Paxos組以分片為機關，一個節點可以同時是一個分片的Leader與另一個分片的Follower，資源使用率更高：
事務模型
事務的實作機制，是一個資料庫最根本的特征，PolarDB-X與DRDS上的事務機制，有着非常巨大的差異。
DRDS使用的是MySQL官方提供的XA事務。XA事務可以保證寫入操作的原子性。
但是，标準的XA存在一個問題是，可能會在一個分片讀到已送出的資料，再另一個分片讀到未送出的資料。
例如，有兩張空表t1(pk,name,addr) dbpartition by hash(pk)，t2(pk,name,addr) dbpartition by hash(name)。假如應用在事務1中對兩張表分别進行一個插入操作insert into t1 values (1,'sun','hz')，insert into t2 values (1,'sun','hz')：
begin;
insert into t1 (pk,name,addr) values (1,'sun','hz');
insert into t2 (pk,name,addr) values (1,'sun','hz');
prepare p1;
prepare p2;
commit p1;
commit p2; 注：*左右滑動閱覽
同時，有另一個隻讀事務，分别對t1與t2進行count操作，它們就可能讀到不一樣的結果。
如下的時間線：
其中t1時刻，在一個事務内對t1和t2表進行查詢，會得到不一樣的記錄數，這是一個不一緻的結果。
DRDS中，為了解決這個問題，使用的是加鎖的實作，在沖突多的情況下，有比較高的代價。
PolarDB-X使用自研的全局MVCC事務，在兩階段送出（2PC）的基礎上，增加了事務快照時間戳（snapshot_ts）和送出時間戳（commit_ts）的支援。時間戳來自于全局 TSO 的配置設定，是以能做到外部一緻的事務保證，并且避免了額外的加鎖。在上述例子中，t1的時間由于比commit的時間晚，是以一定能讀到兩張表都是1的結果。
PolarDB-X的事務機制相對比較複雜，請大家參考：
PolarDB-X 強一緻分布式事務原理。
性能提升
PolarDB-X的性能相對DRDS有很大的提升，主要展現在幾個方面。
- 精簡的網絡結構
DRDS連接配接RDS，使用的是RDS标準的通路鍊路，中間需要經過SLB的中轉，會增加一跳的網絡延遲：
PolarDB-X的CN節點與DN節點均在一個實體網絡中，中間是點對點的直連，不經過任何SLB/LVS等中轉，具有最低的網絡延遲，下圖是一個CN到DN的網絡拓撲示意：
- 私有RPC協定
DRDS使用标準的MySQL協定連接配接RDS，發送标準的SQL語句。但這裡會有不少的開銷，例如：
- SQL經過DRDS優化器的優化後，還需被MySQL的優化器再次優化，如果涉及到多個MySQL分片，重複的次數會更多。
- MySQL協定中有很多的備援元素，例如結果集的頭，裡面存儲了結果集每一行的名字、類型等資訊，這些是不需要的。
- MySQL協定傳回的資料與DRDS内部計算使用的資料并不是一個格式，這中間需要經過再次轉換。
- DRDS使用連接配接池來連接配接MySQL，MySQL的連接配接與線程是綁定關系，同一個連接配接上同一時間隻能執行一個SQL。這導緻DRDS與RDS之間需要維持大量的連接配接。
PolarDB-X為了解決DRDS存在的這些問題，對MySQL進入了大量定制，中間的通信才用了私有的RPC協定，與MySQL協定相比有以下幾個優勢：
- 傳遞的不再是SQL，而是執行計劃，避免MySQL重複對SQL進行解析、優化的代價。
- 使用異步模型，連接配接與線程、連接配接與會話不在是一一綁定的關系，使用比較少的連接配接即可滿足需求。
- 精簡了通信中不需要的資訊，例如結果集的頭等。
- 傳輸的資料格式與CN計算使用的格式完全一緻，避免資料的二次轉換。
通過使用私有的RPC協定，PolarDB-X相對于DRDS，在很多場景下得到了性能提升。
sysbench-select
- 1.6億行資料
- 300并發
- 計算節點和存儲節點規格均為16c64g
- +39%
| 節點CPU | QPS | RT-AVG | RT-MAX | RT-95% | |
| PolarDB-X | 710.6% | 97067.20 | 3.09ms | 108.12ms | 6.53ms |
| DRDS | 1289% | 69787.34 | 4.30ms | 110.30ms | 10.67ms |
sysbench-oltp
- 150并發
- +14.4%
| 1139% | 22587.23 | 119.52ms | 757.47ms | 471.02ms | |
| 1236% | 19732.12 | 136.82ms | 798.47ms | 415.74ms |
- MPP引擎對分析類查詢的加速
DRDS中使用的是SMP（單機并行）技術，PolarDB-X中使用的是MPP（多機并行）技術。這使得PolarDB-X相對于DRDS，在面對複雜分析查詢時，可以使用更多的資源來加速。這個性能差異展現在TPC-H上非常顯著。下面是同資源情況下，DRDS與PolarDB-X在TPC-H上的對比：
DRDS 總耗時386s，PolarDB-X總耗時274s。
小結
PolarDB-X與DRDS的差異是方方面面的，DRDS是分庫分表中間件的代表，PolarDB-X是雲原生分布式資料庫。有一個形象的比喻，DRDS和PolarDB-X的關系相當于寶馬3系和5系，她們将長期共存，為不同需求的使用者提供服務。