如何设计一个坚如磐石的数据层?

在现代软件工程的开发应用和系统设计中，我们一般把软件系统的逻辑层次分为三层：展示层，处理层和数据层。数据层又可细分为缓存层，数据库层和文件存储层，如图：

鉴于创建高性能程序的关键是多花时间在系统设计上，本文主要对软件系统的数据层优化设计做一些阐述和归纳总结。

　缓存

在互联网系统中，缓存技术对高并发，高性能的帮助起着功不可没的作用。以目前使用最为广泛的是redis3.0版本为例，其有三种工作模式：

以上3种模式都支持级联部署。针对不同数据量大小，一般可采用两种方案：

如果数据量在10G以内，单master+3个哨兵集群即可。

数据量在1T以上，采用集群模式，3主3从1备份，至少部署7个或者更多redis实例。可有效解决redis在分布式方面的需求，动态扩容，自动故障转移等。

使用建议

1，合理使用缓存的淘汰策略，redis提供了6种不同的策略。默认是noeviction ，当实际内存超出 maxmemory 时只能删和读，不会写。

2，主动设置缓存的失效时间，为每个缓存对象设置一个随机范围内的失效时间，避免某些缓存大量失效，造成缓存雪崩，以至于引发级联故障。

3，为避免遭受恶意查询请求，如查询不存在的订单，可考虑采用Google guava 提供的boolmFliter。其默认错误率是3%（可配置），5个哈希函数(mumurt,md5,crc300等) ，

　　bit数组长度是七百多万，0.6M大小。 创建过滤器时，最好将大小设置为单号总量的2倍，以降低hashmap碰撞的概率，实现快速构建。

4， 缓存需要刷新时，直接删除该缓存，让下一次请求去重新设置缓存，或者采用消息中间件异步刷新和定时刷新的方式。

5，如果必须使用分布式事务(尽量避免)，可考虑通过setNx()，而不使用数据库去实现。

数据库

一、安全性设计

一般采取的安全策略为用户管理，存取控制、数据加密、审计跟踪和攻击检测。

二、完整性设计

1，在需求分析阶段制定完整的命名规范，尽量使用有意义的英文单词或缩写、下划线等组合，注释完备且正确。

2，慎用目前主流DBMS都支持的触发器功能。一方面性能开销较大，另一方面触发器的多级触发不好控制，容易发生错误，如果需要用最好使用Before型语句级触发器。

3，根据数据的约束的类型确定其实现的系统层次和方式，并提前考虑对性能的影响。一般情况下，字段约束尽量在数据库中，逻辑约束由应用程序去实现，并根据业务规则对数据库做细致的测试。

三、应用设计

应采用数据库连接池技术连接数据库，例如HikariCP ，并设置最大连接数，最小连接数，一个机械硬盘比较可靠稳定的最大连接数200左右，固态硬盘最大连接数是700左右。

MySQL单表数据如果大于700万，Orange单表数据大于5000万，会造成性能大幅下降，应考虑及时修改数据库虚拟内存、分库分表，或者建立数据库集群。

文件

目前应用较广的分布式文件系统有：FastDFS 和 HDFS ，FastDFS适合中小文件，HDFS适合非并发写的大文件。安装和使用都比较简单，都提供了对应接口API。