技术原理

分布式线性扩展

PolarDB-X将数据表以水平分区的方式，分布在多个存储节点（DN）中。数据分区方式由分区函数决定，PolarDB-X支持哈希（Hash）、范围（Range）等常用的分区函数。

以下图为例，shop库中的orders表根据每行数据的ID属性的哈希，被分区水平切分成orders_00～orders_11共计12个分区，均匀分布在4个数据节点上。对于用户来说，通常无需关心具体的数据分布，PolarDB-X的分布式SQL层将会自动完成查询路由、结果合并等。

扩容迁移

随着业务的增长，数据量越来越大，往往需要添加更多的数据节点以承载更多的数据。当新的数据节点加入实例时，PolarDB-X将自动触发扩容任务，将数据进行再平衡（Rebalance）。

以下图为例，orders表原本分布在4个数据节点上。用户进行扩容后，实例的数据节点数量从4个增加到6 个，触发PolarDB-X的再平衡任务，将部分数据分区从旧节点移动到新节点上。这一过程在后台利用空闲资源完成，对业务线上流量无影响。

高可用与容灾

在生产环境部署数据库时往往会搭建多个副本（Replica），保证数据库实例的高可用性以及数据的持久性。为了保证副本间的强一致性，现代数据库往往采用以Paxos算法为代表的多数派复制协议，它要求实例中至少存在3个节点，每次写入都要获得超过半数节点的确认，即便其中1个节点宕机实例也仍然能正常提供服务。PolarDB-X采用X-Paxos复制协议，X-Paxos是阿里巴巴自研的Paxos协议实现，在功能、性能上都做了大量优化，且经历了数十载的双十一考验，稳定可靠。

基于Paxos复制协议，PolarDB-X可以部署到多个机房中，以实现机房级容灾。常见的部署方式有同城三机房、两地三中心等，其中后者主要应用在混合云部署中。由于Paxos协议的特性，通常三个机房中有一个主机房负责对外提供服务。

分布式事务

PolarDB-X原生支持分布式事务，并保证事务的ACID性质——原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）。

PolarDB-X通过引入中心授时节点（TSO），结合多版本并发控制（MVCC），保证读取到的一定是一致的快照，而不会读到转账事务的中间状态。如下图所示，提交事务时，计算节点（CN）执行事务时从TSO 获取到时间戳，随着数据一同提交到存储节点 （DN）多版本存储引擎上。读取时，如果查询操作的数据涉及多个分区，PolarDB-X首先会获取全局时钟作为读取版本，对每行数据的MVCC多版本进行可见性判断，确保读到全局一致的数据版本。

分布式事务也是许多分布式特性的基础，例如：对于读写分离，数据的事务多版本信息也会被同步到 Learner副本，保证读只读实例不会因为同步延迟读到过期数据；Binlog日志服务中，通过时间戳保证分布式事务顺序；任意时间点的数据恢复（PITR，point-in-time recovery）中，利用分布式事务时间戳，能够精准找到相应时间的、全局一致的数据版本。

集中式与分布式一体化

PolarDB-X支持集中式和分布式一体化架构，简称集分一体化。

面相集分一体化架构，PolarDB-X兼具分布式数据库的扩展性和集中式数据库的功能和单机性能，两种形态可以无缝切换。在集分一体化数据库中，数据节点被独立出来作为集中式形态，完全兼容单机数据库形态。当业务增长到需要分布式扩展的时候，架构会原地升级成分布式形态，分布式组件无缝对接到原有的数据节点上进行扩展，不需要数据迁移，也不需要应用侧做改造。

适配集分一体化，PolarDB-X的产品主售形态主要分为标准版（集中式形态）和企业版（分布式形态），支持标准版原地升级分布式。

HTAP一体化

PolarDB-X是一款支持 HTAP (Hybrid Transaction/Analytical Processing) 的数据库：在支持高并发、事务性请求的同时，也对分析型的复杂查询提供了良好的支持。分析型查询指的是涉及数据量较大、计算比较复杂的查询，例如对一定时间区间内的数据进行聚合。相比于业务中常见的简单查询，这类查询往往要执行数秒甚至数分钟，需要消耗较多的计算资源。

为了加速复杂分析型查询，PolarDB-X引入列存索引的技术，结合向量化算子提供更好的分析加速能力。

MySQL生态兼容

PolarDB-X将兼容MySQL以及周边生态作为核心设计目标之一。本文从SQL语法、事务行为、导入导出等角度总结了兼容性相关特性，详细内容请参见MySQL兼容性。

PolarDB-X通讯协议兼容MySQL协议，可以使用常见的MySQL客户端直接连接到PolarDB-X实例，包括 JDBC Driver、ODBC Driver、Golang Driver等。兼容MySQL SSL、Prepare、Load等传输协议。

PolarDB-X兼容MySQL的各种DML、DAL、DDL语法，包括：

• 兼容绝大部分MySQL函数（包括JSON函数、加密解密函数等）。

• 兼容MySQL 8.0的视图、CTE、窗口函数、分析函数等。

• 支持MySQL的各种数据类型，包括支持类型精度（比如时间戳、Decimal 类型）。

• 兼容常见的MySQL字符串Charset及Collation。

• 兼容绝大部分information_schema视图。

另外，PolarDB-X兼容 MySQL binlog 复制协议。用户可以将PolarDB-X集群看作一个普通的MySQL 节点，将其他MySQL节点作为PolarDB-X的同步源端或目标端。PolarDB-X的binlog格式和MySQL原生格式一致，因此也可以用于CDC场景，例如利用canal等将PolarDB-X的写入数据同步到其他存储中。