面试题：MariaDB集成Cassandra存储引擎的架构设计与故障处理

Question

假设你正在设计一个大型分布式系统，需要将MariaDB与Cassandra存储引擎深度集成，阐述整体架构设计思路，并说明在面对网络故障、节点崩溃等极端情况下，如何保障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. 数据分区与分布：
   • 对于读多写少，且对扩展性要求高的数据，如海量用户画像数据，使用Cassandra进行存储。利用Cassandra的一致性哈希算法进行数据分区，将数据均匀分布在各个节点上，以提高读写性能和扩展性。
   • 对于事务性要求高，关系型数据结构的数据，如订单处理、用户认证等数据，使用MariaDB。可以根据业务模块进行数据库分区，不同模块的数据存放在不同的MariaDB实例上，提高并行处理能力。
2. 数据同步机制：
   • 设计一个数据同步服务，用于在MariaDB和Cassandra之间同步数据。当MariaDB中有数据更新时，通过数据库的binlog捕获变更，然后将变更数据发送到同步服务，同步服务再将数据写入Cassandra。对于Cassandra到MariaDB的数据同步，类似地通过Cassandra的CDC（Change Data Capture）机制捕获变更并同步。
3. 查询路由：
   • 构建一个查询路由层，根据查询的类型和数据特征，决定查询请求发送到MariaDB还是Cassandra。例如，对于涉及复杂事务和关联查询的请求，发送到MariaDB；对于简单的基于主键的读请求，发送到Cassandra。

极端情况处理

1. 网络故障：
   • 数据一致性：
     • 在网络故障期间，同步服务记录所有未完成的数据同步任务。当网络恢复后，按照记录的任务列表，从断点处继续进行数据同步，确保数据最终一致性。
     • 使用raft或paxos等一致性算法，在Cassandra集群内部节点间达成数据一致性。对于MariaDB，可以使用Galera Cluster等多活架构，确保在网络故障后各节点数据一致。
   • 高可用性：
     • 采用多网络链路冗余，如同时使用多条不同运营商的网络线路，当一条链路出现故障时，系统自动切换到其他链路。
     • 在Cassandra中，通过设置副本因子，保证即使部分节点因网络故障失联，数据仍可从其他副本节点读取。MariaDB的Galera Cluster也具备节点间自动检测网络故障并重新选举主节点的能力，确保服务可用性。
2. 节点崩溃：
   • 数据一致性：
     • Cassandra会自动将故障节点上的数据复制到其他节点，当故障节点恢复后，重新加入集群并从其他节点同步缺失的数据，确保数据一致性。
     • MariaDB的Galera Cluster中，节点崩溃后，剩余节点继续提供服务，并通过同步机制保证新加入的节点数据与集群一致。例如，当有新节点加入时，它会从其他节点获取全量数据进行同步。
   • 高可用性：
     • 在Cassandra和MariaDB集群中都配置足够的冗余节点，当某个节点崩溃时，负载均衡器（如HAProxy）会自动将请求转发到其他健康节点，保证系统正常运行。
     • 对于关键业务数据，在节点崩溃前可以通过预写日志（WAL）等机制记录未完成的事务操作，节点恢复后重放日志，确保数据的完整性和业务的连续性。