1. 数据库行业演进概述

2.云原生数据库关键技术解读

3. 云原生数据库的典型场景

4. 未来已来：

数据库行业发展概述

我们先简单回顾一下整个数据库的发展和变革，相信大部分DBA都经历过这样一个时代，最开始是传统IT时代，企业广泛使用商业数据库，包括IBM的DB2，SQL等。随着互联网的发展，这类数据库的弊端逐渐显现，过度依赖硬件，价格昂贵等问题层出不穷。

随着互联网时代的到来，涌现出了很多开源数据库，包括、和基于典型LAMP框架进行应用的数据库。后两个时代非常相似，都是基于云计算，对技术和业务都提出了新的挑战和机遇。各大云厂商也相继推出了云数据库，包括云数据库RDS、云主机等云数据库。在业务需求和技术发展的驱动下，云原生数据库也出现在大众的视野中。

回顾云数据库时代提到的数据库产品，都有一个共同的特点，就是通过迁移模式实现数据库云托管。这并不打破传统数据库固有的软件设计、架构特点和部署模式，而是借助云厂商的规模效应，或者用更好的设备和方式去承载开源数据库的软件架构。

值得一提的是，云原生数据库突破了传统数据库软件设计效率低下的问题，通过新软硬件结合、AI赋能、三位一体等软件设计工程方法，解决了传统云数据库的“七宗罪”，包括：性能天花板低、数据回滚慢、维护成本高、故障恢复慢、资源利用率低、复制延迟高、扩展性弱。

如何告别搬迁模式，实现真正的云原生数据库？需要解决以下三个方面的问题：客户使用资源的业务效率、资源被云厂商管理的系统效率、云厂商为客户提供服务的运营效率。业务效率是如何为客户提供高性能、高稳定的产品；资源被云厂商管理时，如何做到物尽其用，提高资源利用率；运营效率是保证数据库在高性能场景下运行的同时，保证业务连续性和数据库稳定性。

云原生数据库关键技术解读

-C是腾讯云自研的新一代云原生关系型数据库，融合了传统数据库、云计算和新硬件技术的优势，采用“存储计算分离架构”，100%协议兼容，为用户提供极致弹性、高性能、高可用、高可靠、安全的数据库服务，主要包含以下特点：

开放兼容，100%兼容开源，无需更改代码即可完成数据库的查询、应用及平滑迁移。

超高性能。单节点百万QPS的超高性能，满足高并发、高性能场景需求。

海量存储。支持PB级海量存储，免去客户频繁分库分表的繁琐操作，并支持数据压缩。

高可用/高可靠，秒级故障恢复，数据多副本备份，数据安全可靠可达99%。

弹性扩展。根据业务需求快速升级或降级配置，秒级完成扩缩容、水平弹性扩展。

超低成本。支持架构，自动扩缩容，只按实际使用量计费，不使用不收费，降低成本60%以上。

上图是大家非常熟悉的主从架构，无论是数据写入磁盘的过程，还是同步的过程，都会产生大量的数据流和日志。

提升资源的可扩展性和灵活性，将计算和存储资源解耦，但牺牲性能，将所有本地 IO 转换为网络 IO，这对于用户来说是不可取的，用性能换取灵活性。在设计云原生架构时，腾讯首先考虑的就是不牺牲性能，在保证高性能的同时，实现真正的灵活性和性能，获得计算与存储分离的云原生数据库架构。

存储中最重要的优化就是重构数据流，如何才能减少通过网络传输的数据量，提高网络 IO 吞吐量，改变原有的 IO 模式，同时又不影响性能呢？对此，腾讯云选择了增量物理日志来实现。-C 丢弃逻辑日志和数据页的原始数据流，通过物理日志在存储层并行重放数据页和逻辑日志。

通过此模型，腾讯云完成了云原生数据库的软件设计，最终可以看到，无论是全库还是大库测试场景，-C相较传统云数据库性能提升200%。

-C 采用腾讯云数据库团队自主研发的内核，100%兼容原生版本，针对重要企业级场景开发了诸多核心特性，性能和稳定性大幅提升，并向开源社区提交了多项特性优化获得认可。在 8.0 版本中实现了并行计算、异步事务提交、减记、热点系统优化等功能。

内核孵化了很多企业级的产品能力，比如SQL审计、SQL限流和防火墙、DDL、共享内存、空闲事务管理，以及支持多版本多时间数据集的查询能力，让用户可以快速恢复数据。

随着行业的发展，表单数据量、复杂查询数量、OLTP/OLAP混合场景出现频率快速增长，传统仅支持单线程查询处理模式，且由于计算与存储紧耦合，无法有效解决此类问题，从而带来多种弊端。

-C并行查询能力，打破传统单条SQL无法利用多核CPU的瓶颈，实现并行查询框架，将数据划分到不同的线程，多个线程并行计算，并将结果流水线汇总到总线程上，大大提高复杂查询的效率。

前者解决的是复杂查询的问题，而DDL解决的是海量数据更改数据库表结构和类型的问题。大表的DDL是典型的IO场景，执行过程中对业务影响很大。为此-C支持针对特定用户场景的DDL操作，达到秒级DDL的效果。-C在系统表中添加相关元数据表，用于存储元数据版本变更，在数据行中标识元数据版本信息，可以跟踪解析任意行的元数据版本，从而对该行进行正确的操作。目前支持add和两个操作，整个DDL的代价从O(n)降到了O(1)。举个简单的例子，对于一个5kw的表（12GB），分别进行秒级增加列和更改列的操作，正常情况下增加列需要2分钟，更改列需要21分钟左右；而使用秒级增加列和秒级更改列，瞬间即可完成。

云原生数据库-C全面升级网络架构，采用全链路RDMA网络，进一步优化存储层与计算层之间、存储层多副本之间关键路径的系统性能，降低请求时延高达80%，让I/O性能不再成为瓶颈。

众所周知，TCP协议的延迟基本集中在协议栈中，用RDMA替换之后，裸协议的延迟可以降低到30us左右，整体性能可以提升200%以上。

云原生数据库-C 率先尝试编译器优化，采用英特尔 DPC++/C++ 编译器，结合链接时优化（LTO）和配置文件引导优化（PGO）方法对应用程序进行模块间优化（IPO），可以对代码进行深入分析和进一步优化，从而获得更优的性能。配置文件引导优化为编译器提供了程序中最常执行区域的信息。这些技术的结合使腾讯云原生数据库-C 的性能显著提升，最高提升幅度达 85%。

利用AI技术，腾讯云原生数据库-C提供自调优、自诊断、自优化等特性，实现自动索引优化、异常检测、根因分析、SQL流控等，可以保证数据库在运维阶段拥有非常稳定的产品性能。

云原生数据库的典型场景

在腾讯内部，微信、腾讯视频、腾讯会议、财付通、微信支付等明星业务均已开始升级云原生架构；在集团外部，金融行业、政企行业、泛互联网行业、泛企业领域、新零售、智慧出行等也纷纷开始使用云原生数据库。

新零售领域的代表企业瑞幸咖啡，没有经历云数据库阶段，直接完成了从自建到云原生数据库的跨越，帮助用户解决了原有老架构无法快速扩展，以及大促期间频繁出现的使用卡顿、无法提交订单、无法支付等问题。

对于瑞幸咖啡而言，整个迁移过程平滑快速，100%兼容、一步自建，云原生架构下业务代码无需改动。迁移后，活动期间扩缩容速度由天级降低到秒级，确保满足峰值数据库性能需求，并在活动结束后快速释放闲置资源，降低IT运营成本。

在移动互联网领域，核心系统开源分布式数据库已完成替换，替换后-C在典型场景下时延降低至20ms以内，基于-C超高性能，相同业务场景成本降低60%。-C可以用最少的资源保证业务5倍的性能提升，同时保证不需要进行繁琐的分库分表。

未来就在这里：

到目前为止，云数据库已经经历了三个时代，1.0时代，开源托管数据库产品RDS以租户方式提供给用户，2.0时代，云原生数据库时代，存储与计算分离提供了更极致的性能，3.0时代，数据库应用阶段，自动弹性、更智能的运维、极致的成本优势提供了更广阔的想象空间。数据库的发展从对性能、稳定性、安全性的要求逐渐演变到对极致成本的要求，大家都认为是下一个云原生的风口，数据库是在高性能云数据库之上的终极成本优化方案。

早在2020年底，腾讯云就推出了云原生数据库-C，可实现秒级极限弹性扩缩容，高度智能，屏蔽底层繁琐运维，降低使用成本80%以上。

数据库可根据用户负载需求无缝扩展，可在不到1秒的时间内从数百笔交易扩展到数百万笔交易，有望实现更准确的增长预测。机器学习算法是实现数据库智能的关键算法，可以学习和分析大量数据，构建应用领域模型，使数据库更加智能。

随着技术的不断发展，数据库的可用性得到进一步提升，未来将支持更多的容量扩展和自动弹性扩展方式，本质上让用户能够更贴近应用，而不必关注后端的服务。

数据库按照精准增量的方式调整容量变化，相比按照峰值负载预先设定容量，机制更加完善，真正做到了“不使用，不计费”，帮助用户节省成本。

此外，云原生数据库辐射出庞大的开发者生态，腾讯云原生数据库-C实现与微信生态互通，结合微信小程序云开发，为开发者打造全新的数据库使用形态，已为近50万小程序开发者提供一站式开发云服务。

同时，-C还结合无服务器功能SCF、轻量级服务器、物联网平台等，为企业和开发者提供一键部署、多端运营的全套解决方案。

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