當(dāng)今快速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中，成本控制和效率提升是每個企業(yè)都面臨的重大挑戰(zhàn)。快手作為一家領(lǐng)先的短視頻平臺，其業(yè)務(wù)規(guī)模和用戶量級都在快速增長，這對其底層的數(shù)據(jù)庫技術(shù)提出了極高的要求。本文將深入探討快手在數(shù)據(jù)庫技術(shù)方面的降本增效實(shí)踐，以期為其他企業(yè)提供有益的參考。

一、快手的業(yè)務(wù)背景

快手的業(yè)務(wù)涵蓋了商品、社交、電商、直播、商業(yè)化等多個領(lǐng)域，這些業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)庫的性能、高可用性、穩(wěn)定性和一致性等方面有著不同的需求。例如，在商品和電商領(lǐng)域，需要處理大量的交易數(shù)據(jù)和支付信息；在直播和社交領(lǐng)域，則需要保證用戶數(shù)據(jù)的實(shí)時性和互動性；而在商業(yè)化領(lǐng)域，廣告業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜性都非常高。

面對如此多樣化的業(yè)務(wù)需求，快手的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須能夠靈活應(yīng)對各種場景，同時保證系統(tǒng)的高可靠性和高性能。然而，隨著業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，快手也面臨著一些挑戰(zhàn)，如機(jī)器資源利用率低、CPU利用率不到10%等問題。

二、降本技術(shù)

1. 壓縮技術(shù)降低單實(shí)例數(shù)據(jù)存儲空間

InnoDB行、列壓縮：通過壓縮表（原生）和列壓縮技術(shù)，可以顯著減少數(shù)據(jù)的存儲空間。例如，對于更新較少的數(shù)據(jù)表，使用壓縮表可以將存儲空間減少50%~60%；而對于包含大字段的數(shù)據(jù)表，列壓縮技術(shù)可以將存儲空間減少60%~70%。

LSM-Tree存儲引擎：適用于寫多讀少、延遲不敏感的場景，通過分層存儲的方式，可以將存儲空間減少約25%。但需要注意的是，LSM-Tree不支持分區(qū)表、Fulltext索引和XA事務(wù)等特性。

2. 提高讀寫性能減少集群部署分片/副本數(shù)

KSQL內(nèi)核技術(shù)：通過自研的KSQL內(nèi)核技術(shù)，快手能夠提高數(shù)據(jù)庫的讀寫性能。具體來說，可以通過優(yōu)化內(nèi)存管理、緩存策略和并發(fā)控制等方面來提升數(shù)據(jù)庫的性能。

冷熱分離技術(shù)：將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)劃分為熱、溫、冷三類，分別采用不同的存儲引擎和管理策略。這樣不僅可以降低數(shù)據(jù)存儲成本，還可以提高查詢效率。例如，對于產(chǎn)品目錄、在線交易和視頻流等高頻訪問的數(shù)據(jù)，可以采用高性能的存儲引擎；而對于舊項目、財務(wù)審計收據(jù)等低頻訪問的數(shù)據(jù)，則可以采用低成本的存儲引擎。

3. 容器化部署提升資源利用率

資源隔離與靈活調(diào)度：通過容器化部署，可以實(shí)現(xiàn)資源的隔離和靈活調(diào)度，從而高效利用服務(wù)器資源。例如，可以使用Kubernetes等容器編排工具來管理數(shù)據(jù)庫集群，實(shí)現(xiàn)自動化部署和彈性擴(kuò)縮容。

自動化部署與工具集成：通過集成調(diào)度系統(tǒng)、巡檢系統(tǒng)、動態(tài)磁盤分配、DB監(jiān)控度量以及DB的部署管理系統(tǒng)（如mysql/ksql-operator），可以進(jìn)一步提升自動化水平，降低開發(fā)與運(yùn)維成本。根據(jù)文檔中的數(shù)據(jù)，容器化部署可以使CPU利用率均值提升3倍，單機(jī)部署密度提升2.5倍，節(jié)省上千臺機(jī)器。

三、增效 - 自研KSQL內(nèi)核

1. KSQL內(nèi)核的技術(shù)特點(diǎn)

高壓縮存儲引擎：KSQL內(nèi)核采用了高壓縮比的存儲引擎，可以有效減少數(shù)據(jù)的存儲空間。同時，通過對業(yè)務(wù)場景的精細(xì)化分類和感知負(fù)載的權(quán)重化調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)memory調(diào)整，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)庫的性能。

Raft Replication：KSQL內(nèi)核支持Raft Replication協(xié)議，具有單leader可寫、少數(shù)派故障不影響可用性等特點(diǎn)。新主一定包含最新提交的事務(wù)日志，并且自動選主，不依賴第三方組件。這樣可以保證數(shù)據(jù)的一致性和高可用性。

2. KSQL內(nèi)核的優(yōu)勢

RPO=0：KSQL內(nèi)核通過Binlog+Raft實(shí)現(xiàn)全新復(fù)制機(jī)制，確保了數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致性。即使在發(fā)生故障時，也能保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。

寫性能提升：相比半同步復(fù)制，KSQL內(nèi)核的寫性能提升了2.5倍。這是因?yàn)镵SQL內(nèi)核采用了更高效的內(nèi)存管理和并發(fā)控制算法，減少了鎖的競爭和上下文切換開銷。

自動選主：KSQL內(nèi)核具備自動選主的能力，無需依賴第三方組件。這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，減少人工干預(yù)的成本。

四、未來規(guī)劃

1. 金融數(shù)據(jù)庫與自治數(shù)據(jù)庫

資金、交易、計費(fèi)：快手計劃進(jìn)一步優(yōu)化金融數(shù)據(jù)庫的性能和安全性，以滿足資金交易和計費(fèi)等業(yè)務(wù)的需求。例如，可以引入分布式賬本技術(shù)和加密算法來保證數(shù)據(jù)的安全性和不可篡改性。

可觀測性：通過引入可觀測性平臺，快手可以實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的性能指標(biāo)和運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在問題。例如，可以使用Prometheus和Grafana等開源工具來構(gòu)建可觀測性平臺。

2. 存算分離架構(gòu)

基于日志的有算分離架構(gòu)：快手計劃采用基于日志的有算分離架構(gòu)，將計算層和存儲層分離開來。這樣可以提高系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性，降低硬件成本。例如，可以使用Flink等流處理框架來處理實(shí)時數(shù)據(jù)流，而將批處理任務(wù)交給Hadoop等離線計算框架來完成。

彈性容量與自動化運(yùn)維：通過引入彈性容量管理和自動化運(yùn)維工具，快手可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。例如，可以使用Kubernetes等容器編排工具來實(shí)現(xiàn)自動化部署和彈性擴(kuò)縮容；使用Ansible等配置管理工具來實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)維任務(wù)。

3. 數(shù)據(jù)可視化與智能運(yùn)輸

數(shù)據(jù)可視化：快手計劃進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)據(jù)可視化平臺的功能和性能，為用戶提供更加直觀和便捷的數(shù)據(jù)分析體驗(yàn)。例如，可以使用ECharts等開源圖表庫來構(gòu)建數(shù)據(jù)可視化界面；使用D3.js等前端框架來實(shí)現(xiàn)交互式數(shù)據(jù)探索功能。

智能運(yùn)輸：快手計劃引入智能運(yùn)輸技術(shù)來優(yōu)化物流供應(yīng)鏈的效率和成本控制。例如，可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法來預(yù)測需求變化趨勢并制定最優(yōu)的庫存策略；使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)時監(jiān)控貨物的位置和狀態(tài)并及時調(diào)整運(yùn)輸路線。

五、總結(jié)

快手在數(shù)據(jù)庫技術(shù)方面的降本增效實(shí)踐為我們提供了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。通過采用先進(jìn)的壓縮技術(shù)、提高讀寫性能、容器化部署以及自研KSQL內(nèi)核等手段，快手不僅降低了成本還提高了效率。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)展，快手將繼續(xù)優(yōu)化其數(shù)據(jù)庫架構(gòu)和技術(shù)棧以應(yīng)對新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。希望本文的內(nèi)容能夠?qū)ζ渌髽I(yè)在數(shù)據(jù)庫技術(shù)方面的降本增效實(shí)踐提供有益的參考和啟示。