面试题：在MySQL读多写少场景下，从锁优化角度，如何设计一个高并发的分布式数据库架构？

Question

假设要构建一个读多写少的高并发分布式数据库架构，基于MySQL的锁机制，考虑到数据分区、副本同步、负载均衡等因素，从锁优化的角度出发，请详细阐述整体架构设计思路，包括各个组件的功能、锁机制在不同层次的应用，以及如何保证数据的一致性和系统的高可用性。

Answer 1

整体架构设计思路

1. 数据分区：采用哈希分区或范围分区方式。哈希分区将数据按照特定字段（如用户ID哈希值）均匀分布到不同数据库节点，提升读操作并行度；范围分区按时间范围（如订单时间）等划分，便于数据归档与管理。
2. 副本同步：使用主从复制架构，主库处理写操作，从库通过二进制日志（binlog）同步数据。多从库可提升读性能，通过半同步复制或组复制来保证数据一致性。
3. 负载均衡：引入负载均衡器（如Nginx、HAProxy），根据请求类型分发，读请求均衡到从库，写请求到主库。同时监测节点状态，动态调整负载。

各个组件功能

1. 主库：负责处理写操作，接收客户端写入请求，更新数据并记录binlog，协调副本同步。
2. 从库：通过复制主库binlog更新数据，处理读请求，分担主库读压力。
3. 负载均衡器：接收客户端请求，依据负载算法（如轮询、加权轮询等）将请求分发给合适的数据库节点。
4. 分布式协调服务（如Zookeeper）：用于管理集群节点状态，选举主库（在主库故障时），确保系统高可用性。

锁机制在不同层次的应用

1. 表级锁：在MySQL层面，对于一些元数据操作（如ALTER TABLE）使用表级锁，防止其他线程同时对表结构进行修改，保证数据一致性。
2. 行级锁：写操作时，主库使用行级锁，仅锁定被修改行，减少锁粒度，提升并发写性能。从库复制数据时同样遵循行级锁规则。
3. 分布式锁：在数据分区和副本同步场景下，利用分布式协调服务（如Zookeeper）实现分布式锁，确保跨节点的数据一致性操作。例如，在主从切换时，通过分布式锁防止多个节点同时尝试成为主库。

保证数据一致性和系统高可用性

1. 数据一致性
   • 同步机制：采用半同步复制，主库在提交事务前等待至少一个从库确认接收binlog，减少数据丢失风险。
   • 冲突检测与解决：在数据写入时，通过版本号或时间戳机制检测冲突，解决并发写冲突，保证数据一致性。
2. 系统高可用性
   • 主从切换：使用分布式协调服务监测主库状态，主库故障时快速选举新主库，保证系统正常运行。
   • 多副本冗余：增加从库副本数量，提高容错能力，若部分从库故障，其他从库仍可提供读服务。
   • 负载均衡与故障转移：负载均衡器实时监测节点状态，将请求从故障节点转移到正常节点，确保系统整体可用性。