CockroachDB简介 #

传统数据库时代
├── 单机数据库 (MySQL, PostgreSQL)
│   └── 问题: 扩展困难, 单点故障
│
├── 中间件分库分表
│   └── 问题: 运维复杂, 跨库事务难
│
└── NoSQL时代
    └── 问题: 不支持SQL, 弱事务
        ↓
NewSQL时代
└── CockroachDB: 分布式 + SQL + 事务

┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│                CockroachDB 定位                      │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│  ✓ 关系型数据库 - 完整SQL支持                       │
│  ✓ 分布式数据库 - 水平扩展能力                      │
│  ✓ NewSQL数据库 - 分布式+SQL+事务                   │
│  ✓ 云原生数据库 - 设计之初即为云原生                │
└─────────────────────────────────────────────────────┘

2012年  Google Spanner论文发布
    ↓
2014年  Cockroach Labs成立
    ↓
2015年  CockroachDB 开源
    ↓
2017年  CockroachDB 1.0 GA发布
    ↓
2018年  CockroachDB 2.0 发布
    ↓
2019年  CockroachDB 19.1 发布
    ↓
2020年  CockroachDB 20.1 发布
    ↓
2021年  CockroachDB 21.1 发布
    ↓
2022年  CockroachDB 22.1 发布
    ↓
2023年  CockroachDB 23.1 发布
    ↓
至今    持续迭代演进

-- 传统数据库扩展困难
-- 单机PostgreSQL: 数据量受限于单机存储

-- CockroachDB 水平扩展
-- 添加节点即可线性扩展容量和性能

扩展前:
┌─────────────────┐
│ CockroachDB     │
│ 3 Nodes         │
│ Capacity: 3TB   │
└─────────────────┘

扩展后:
┌─────────────────────────────┐
│      CockroachDB            │
│  6 Nodes                    │
│  Capacity: 6TB              │
│  Performance: 2x            │
└─────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      高可用设计                              │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                             │
│   ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐                 │
│   │  Node 1  │  │  Node 2  │  │  Node 3  │  对等节点       │
│   │ (Range 1)│  │ (Range 2)│  │ (Range 3)│                 │
│   └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘                 │
│        │              │              │                      │
│        └──────────────┼──────────────┘                      │
│                       │                                     │
│              Raft 共识协议                                  │
│              自动故障恢复                                    │
│                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

-- CockroachDB 完整支持 ACID 事务
BEGIN;

-- 原子性: 全部成功或全部失败
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;

-- 一致性: 数据约束保证
-- 隔离性: 支持多种隔离级别
-- 持久性: Raft 日志持久化

COMMIT;

-- CockroachDB 高度兼容 PostgreSQL 协议

-- 连接方式与 PostgreSQL 相同
psql -h 127.0.0.1 -p 26257 -u root -d defaultdb

-- 标准 SQL 语法
SELECT * FROM users WHERE id = 1;

-- JOIN 查询
SELECT u.name, o.order_no
FROM users u
JOIN orders o ON u.id = o.user_id;

-- 聚合函数
SELECT COUNT(*), AVG(amount) FROM orders;

-- 窗口函数
SELECT 
    id,
    amount,
    ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY amount DESC) AS rank
FROM orders;

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    云原生架构                                │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                             │
│   设计理念:                                                 │
│   ├── 容器化部署友好                                       │
│   ├── Kubernetes原生支持                                   │
│   ├── 自动故障恢复                                         │
│   ├── 弹性伸缩                                             │
│   └── 多区域部署                                           │
│                                                             │
│   部署方式:                                                 │
│   ├── 本地单节点 (开发测试)                                │
│   ├── 本地多节点 (测试)                                    │
│   ├── 生产集群 (自托管)                                    │
│   ├── Kubernetes (云原生)                                  │
│   └── CockroachDB Cloud (托管服务)                         │
│                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

-- 单表数据量超过 PostgreSQL 单机限制
-- CockroachDB 支持单表 PB 级数据

CREATE TABLE logs (
    id UUID PRIMARY KEY DEFAULT gen_random_uuid(),
    user_id BIGINT,
    action VARCHAR(100),
    created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW(),
    details JSONB
);

写入场景:
├── 订单系统
├── 日志采集
├── IoT数据
└── 消息存储

-- 跨区域数据放置
-- 降低延迟，满足合规要求

ALTER DATABASE app 
CONFIGURE ZONE USING 
    constraints = '[+region=us-east]';

-- 强一致性事务保证
-- 适合金融、支付场景

BEGIN;
-- 转账操作
UPDATE accounts SET balance = balance - 1000 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 1000 WHERE id = 2;
COMMIT;

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        应用层                                │
│         PostgreSQL Client / ORM / Application               │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
                              ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        SQL层                                 │
│    SQL解析 → 优化器 → 执行器 → 分布式执行                    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
                              ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       事务层                                 │
│              事务协调 / 并发控制 / 时间戳                    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
                              ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       分布式层                               │
│              Range / Raft / 副本管理                        │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
                              ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       存储层                                 │
│              Pebble (LSM-Tree) / MVCC                       │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

分布式数据库技能需求增长趋势
┌─────────────────────────────────┐
│ 2024年                          │
│ CockroachDB ████████    增长30% │
│ TiDB      ████████████  增长40% │
│ PolarDB   ██████       增长25%  │
└─────────────────────────────────┘

CockroachDB学习路径
├── 分布式系统原理
│   ├── Raft共识算法
│   ├── 分布式事务
│   └── 分布式存储
├── 数据库内核
│   ├── SQL优化器
│   ├── 执行引擎
│   └── 存储引擎
└── 运维实践
    ├── 集群部署
    ├── 性能调优
    └── 故障排查

入门阶段 (1-2周)
├── CockroachDB简介
├── 安装部署
├── 基础SQL
└── 架构理解

进阶阶段 (2-4周)
├── 分布式事务
├── 索引优化
├── 数据迁移
└── 监控运维

高级阶段 (1-3月)
├── 性能调优
├── 高可用设计
├── 源码理解
└── 故障排查