前言

寫作背景

數據庫系統是基礎系統軟件“三駕馬車”之一，自誕生以來已發展60余年。關系數據庫以其良好的抽象，強大的表達能力，易于使用的SQL語言占據了主流地位。在長達半個世紀的發展過程中，關系數據庫的理論和技術都得到了長足發展，相關書籍不計其數，每一部分的技術如SQL解析、優化與執行、事務處理、日志恢復、存儲引擎、數據字典等都有詳盡分析。然而，數據庫技術的日臻成熟并不意味著停止發展，相反，在互聯網和大數據日漸興盛的當下，業務的復雜性、數據模型的多樣性、數據規模的爆炸式增長和硬件技術的更新都為這一相對古老的技術注入了新的活力。

互聯網應用以前所未有的速度全面重塑了人們的生活方式，大量的數據得以在線化，這些數據需要被存儲、分析和消費，承載這些功能的數據庫面臨的訪問量遠超以往。互聯網應用為適應高度變化的市場，迅速調整其業務形態和模式，也產生了更加靈活豐富的數據模型、頻繁變化的負載特征，這些都要求數據庫具備彈性伸縮的能力，既可以適應業務的變化，又可以盡可能地降低成本。傳統的數據庫大多采用單機部署，規格固定，難以滿足這些要求。云計算的出現恰逢其時，它把信息化需要的基礎設施作為一種服務來提供，建立超大規模的資源池，并在此基礎之上提供統一的、虛擬化的抽象界面。利用容器、虛擬化、編排調度和微服務等技術在多樣化硬件上建立了一個龐大的操作系統，利用云計算的能力，數據庫把固定規格部署的實例變為一種服務，用戶可以按需取用，并根據業務變化實時伸縮。

云原生數據庫不僅僅是把傳統數據庫架構在云計算平臺上的一種服務，而是要從整體架構上進行徹底的改造，以充分利用云計算平臺資源池化的能力，將原本一體運行的數據庫拆解，讓計算、存儲資源完全解耦，使用分布式云存儲替代本地存儲，將計算層變成無狀態（Serverless）。云原生數據庫將承載每層服務的資源池化，獨立實時地伸縮資源池的大小，以匹配實時的工作負載，使得資源利用率最大化。

主要內容

本書詳細介紹了數據庫技術在云計算時代背景下的演進歷程，通過具體的實例介紹云原生、分布式等技術是如何讓數據庫的內涵變得更加豐富的。

第1章回顧了數據庫發展的簡要歷程，并以一條SQL語句的執行過程簡要闡述典型關系數據庫的結構、重要模塊和實現原理。

第2章講述數據庫在云計算時代背景下的發展與變遷，如何從單機數據庫進化到云原生分布式數據庫。云計算發展對數據庫不僅帶來了技術上的變化，還有商業模式上的變革，因此本章還探討了數據庫技術的未來可能發展趨勢。

第3章主要講述架構在云平臺上的云原生數據庫基本架構設計理念，以及設計選擇背后的原因。同時分析了目前市場上最重要的幾個云原生數據庫，如AWS Aurora、Aliyun PolarDB、Microsoft Socrates的技術特點。

第4章到第7章分別講述云原生數據庫的幾個重要組件，如存儲引擎、共享存儲、數據庫緩存和計算引擎等的實現原理。每章都遵循相同的結構，首先講述這些模塊的理論基礎、一般實現方法，然后介紹在云原生數據庫中的針對性改進與優化方法。

第8章詳細介紹了水平擴展的分布式技術在數據庫中的應用、實現原理，以及與云原生技術融合后如何將數據庫技術提升到新的水平。

第9章和第10章以PolarDB為例集中介紹云原生數據庫應用實踐，如何創建云上數據庫實例，如何更好地使用和運維，充分發揮云數據庫的彈性、高可用、安全和高性價比特性。

主要作者

本書由阿里巴巴數據庫產品事業部李飛飛和華東師范大學周烜教授撰寫，參與撰寫內容的還有周烜團隊的蔡鵬教授和張蓉教授，李飛飛團隊的資深技術專家黃貴，阿里云副總裁、阿里巴巴達摩院秘書長劉湘雯。阿里云數據庫團隊的章穎強、王劍英、胡慶達、陳宗志、王宇輝、王波、孫月、莊澤超、應珊珊、宋昭、王康、程訓燾、張海平、吳曉飛、吳學強、楊樹坤等多位技術專家也提供了重要的技術素材，在此一并致謝。

特別感謝阿里云智能事業群總裁、達摩院院長張建鋒，中國工程院院士陳左寧，中國科學院院士梅宏為本書作序。

特別感謝李戰懷教授、杜小勇教授、周傲英校長、彭智勇教授、李國良教授、崔斌教授、陳國總經理、周彥偉會長、張文升主席為本書推薦。

感謝阿里巴巴數據庫事業部生態與市場負責人胡銘婭所做的組織策劃工作。感謝電子工業出版社博文視點宋亞東編輯的組織策劃和出版工作。

正是所有人的努力才促成了本書的面世。

由于時間有限，書中不足之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正！

作者

2021年11月