作者：Richard Seroter

你可能聽說過“云原生應(yīng)用程序”，它是指為適應(yīng)變更、擴(kuò)展性、彈性和可管理性而構(gòu)建的軟件。通常情況下，它類似微服務(wù)和容器。無論是在公有云還是私有云上運(yùn)行，云原生應(yīng)用程序都利用了主機(jī)平臺(tái)提供的彈性和自動(dòng)化。

但這些應(yīng)用程序?qū)ζ渌蕾嚨臄?shù)據(jù)功能有什么影響？云原生應(yīng)用程序有像12因素標(biāo)準(zhǔn)這樣的藍(lán)圖來指導(dǎo)設(shè)計(jì)，但你的數(shù)據(jù)服務(wù)卻沒有。

下面，我們將了解云原生數(shù)據(jù)的十大特點(diǎn)，以及為什么它們可以幫助你開發(fā)出更好的軟件。當(dāng)然，你可能既不想也不需要遵循所有的原則。但不管怎樣，它們應(yīng)該是在現(xiàn)代系統(tǒng)中收集、存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)時(shí)最重要的東西。

1. 云原生數(shù)據(jù)以多種方式進(jìn)行儲(chǔ)存

15年前，你在哪里存儲(chǔ)數(shù)據(jù)？一般來說，你有一個(gè)本地或通過網(wǎng)絡(luò)連接的文件系統(tǒng)，以及一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。你將二進(jìn)制內(nèi)容保存在文件中，將事務(wù)性數(shù)據(jù)放在規(guī)范化數(shù)據(jù)庫中?，F(xiàn)在，云原生數(shù)據(jù)以各種不同的方式生成，并駐留在許多地方。

云原生數(shù)據(jù)可能位于事件日志、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、文檔或鍵值存儲(chǔ)、對(duì)象存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、緩存或冷存儲(chǔ)（cold storage）中。使用何種方式取決于具體情況。如何存儲(chǔ)對(duì)持久性要求較高的媒體文件？可以使用對(duì)象存儲(chǔ)。將未使用的事務(wù)性數(shù)據(jù)保存至監(jiān)管要求的時(shí)間？把它放在冷存儲(chǔ)里。為高流量Web系統(tǒng)提供產(chǎn)品目錄信息？考慮使用緩存或鍵值存儲(chǔ)吧。對(duì)延遲、讀取性能、持久性等方面的考慮將幫你縮小選擇范圍。

請(qǐng)注意，在云原生系統(tǒng)中，統(tǒng)一日志通常為記錄系統(tǒng)。物化視圖表示出了數(shù)據(jù)的不同用途。這是一種與眾不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)思維方式，顛覆了許多人對(duì)數(shù)據(jù)庫的認(rèn)識(shí)！ 統(tǒng)一日志掌握著各種輸入源的事務(wù)信息。這些內(nèi)容可能遍布在你的應(yīng)用程序或緩存中的對(duì)象或記錄中。這可能是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一種新方法，但事實(shí)證明它是一個(gè)很好的解決方案。

也就是說，你不必扔掉可信賴的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。相反，重新考慮如何使用它。例如，如果你一直在使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫來保存應(yīng)用程序的會(huì)話狀態(tài)，那么請(qǐng)考慮引入類似Redis的東西，并學(xué)習(xí)如何鍵值存儲(chǔ)。

與此同時(shí)，引入像Google Cloud Spanner這樣的現(xiàn)代關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，這個(gè)數(shù)據(jù)庫專門為地理彈性和云規(guī)模性能而設(shè)計(jì)?；蚴褂冕槍?duì)快速查找和高可用性進(jìn)行過優(yōu)化的NoSQL數(shù)據(jù)庫，對(duì)象存儲(chǔ)就是一種很容易上手的數(shù)據(jù)庫。盡可能避免使用(本地)文件系統(tǒng)依賴項(xiàng)，并重構(gòu)應(yīng)用程序，讓它們使用外部存儲(chǔ)。

2. 云原生數(shù)據(jù)沒有固定模式

絕大多數(shù)情況下，你可以看到云原生應(yīng)用程序和服務(wù)以JSON形式來處理數(shù)據(jù)。也就是說，你也可以使用protocol buffer或傳統(tǒng)的XML來構(gòu)造數(shù)據(jù)。無論如何，云原生應(yīng)用程序優(yōu)先考慮適應(yīng)性。這意味著它很容易適應(yīng)變化。如果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，你也要跟著不斷地修改數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)或重新生成類文件，這種情況下要做到快速適應(yīng)變化很難。

對(duì)于上述問題，可以考慮使用多樣化的存儲(chǔ)。如果你要求所有數(shù)據(jù)都符合一種固定的模式，并靈活地插入到SQL數(shù)據(jù)庫中，那么就沒必要約束自己?？梢钥紤]減少對(duì)ORM和類的重度使用，因?yàn)橐獙?duì)它們作出變更比較困難。

如果你喜歡使用結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模式，請(qǐng)?jiān)跀?shù)據(jù)庫外層使用設(shè)計(jì)良好的服務(wù)門面。通過版本化API的方式來添加新功能或修改數(shù)據(jù)。

3. 云原生數(shù)據(jù)具有復(fù)制冗余

在學(xué)習(xí)軟件工程時(shí)，我們學(xué)到了什么？不要重復(fù)。這是很有價(jià)值的指導(dǎo)原則，但云原生應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)可能不會(huì)只存在于一個(gè)地方。

你會(huì)發(fā)現(xiàn)公有云數(shù)據(jù)庫提供了優(yōu)秀的彈性。Amazon RDS這樣的服務(wù)使創(chuàng)建異步更新的只讀副本變得很容易。微軟Azure SQL數(shù)據(jù)庫支持地域分布式。數(shù)據(jù)保存在一個(gè)地方，同時(shí)復(fù)制到另一個(gè)地方。在使用非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫時(shí)，不存在存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)的“主”服務(wù)器，數(shù)據(jù)被復(fù)制到許多機(jī)器上。這樣可以提升彈性，但通常要犧牲一致性。

在你引入緩存時(shí)，你發(fā)現(xiàn)需要同時(shí)讀寫緩存。 緩存中的數(shù)據(jù)最終會(huì)被寫入記錄系統(tǒng)。緩存本身是一種數(shù)據(jù)復(fù)制的形式，并且此副本為你提供了更好的性能和彈性。

數(shù)據(jù)通常從邊緣流向內(nèi)部系統(tǒng)，比如通過云網(wǎng)關(guān)從客戶端設(shè)備移動(dòng)到應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中?；蛘?，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，它們可能會(huì)被保存、過濾或聚合。數(shù)據(jù)可能不會(huì)在這些過程中消失，它們會(huì)被用于后續(xù)的分析比較或計(jì)算。

雖然“記錄系統(tǒng)”非常重要，但你的云原生數(shù)據(jù)可能會(huì)被多次復(fù)制，用于處理、緩存和多云存儲(chǔ)。

4. 云原生數(shù)據(jù)通過服務(wù)接口進(jìn)行集成

看看Google Cloud Spanner或Amazon DynamoDB這些云數(shù)據(jù)庫的文檔，可以看到什么？它們的API是基于Web服務(wù)(REST)的，沒有驅(qū)動(dòng)程序，沒有固定的IP地址。而同樣的云廠商也提供傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)(例如Google Cloud SQL、Amazon RDS)，它們使用標(biāo)準(zhǔn)的客戶端應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序和主機(jī)名來查詢數(shù)據(jù)庫。不過，你將看到通過服務(wù)API訪問云數(shù)據(jù)的趨勢(shì)，而不是直接訪問底層的服務(wù)器和原始模式。從Salesforce.com中提取數(shù)據(jù)時(shí)，你不能訪問底層的Oracle數(shù)據(jù)庫。相反，你可以通過一個(gè)精心設(shè)計(jì)的服務(wù)API來管理數(shù)據(jù)的使用和結(jié)構(gòu)。

有一種全新的集成平臺(tái)，可滿足云端點(diǎn)的要求。微軟提供了Logic App，戴爾提供了Dell Boomi，還有更多像IFTTT這樣的用戶友好型工具。它們有一個(gè)共同點(diǎn)，就是它們都連接到不同云系統(tǒng)的主機(jī)上，并通過服務(wù)接口進(jìn)行集成。在設(shè)計(jì)云原生數(shù)據(jù)策略時(shí)，應(yīng)該考慮如何在應(yīng)用程序上提供對(duì)外的數(shù)據(jù)端點(diǎn)。

5. 云原生數(shù)據(jù)以自助服務(wù)為導(dǎo)向

可能有人認(rèn)為，云計(jì)算在十幾年前得以發(fā)展的主要原因是自助服務(wù)。企業(yè)開發(fā)人員不再受制于晦澀的企業(yè)規(guī)則來獲取硬件。而且，創(chuàng)業(yè)公司不必進(jìn)行大規(guī)模的資本投資來嘗試商業(yè)理念。

云原生數(shù)據(jù)平臺(tái)支持按需資源調(diào)配和自助服務(wù)配置。這是不可改變的事實(shí)。如果你的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)跟不上，那么不斷部署和擴(kuò)展云原生應(yīng)用程序有什么意義呢？事實(shí)是，云原生數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫、緩存和文件存儲(chǔ)中，可以很容易進(jìn)行調(diào)配，并自動(dòng)或通過簡(jiǎn)單的API進(jìn)行伸縮。數(shù)據(jù)的加載或抽取是通過已知API來完成的。我們不能忽視對(duì)共享身份、訪問和存儲(chǔ)策略方面的問題，但這些應(yīng)該是自動(dòng)化分配的一部分，或者能夠在事后進(jìn)行審計(jì)。

雖然公有云為云原生數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)置了標(biāo)桿，但在一般站點(diǎn)上獲得這些功能并不是不可能的。如果說“原生云”運(yùn)維是指通過軟件來運(yùn)行軟件，那么任何一種內(nèi)部數(shù)據(jù)產(chǎn)品都必須作為平臺(tái)運(yùn)行。

6. 云原生數(shù)據(jù)與其他租用者是隔離的

出于性能、敏捷性和安全方面的考慮，云原生數(shù)據(jù)不存放于單個(gè)共享實(shí)例中。

我們都習(xí)慣于構(gòu)建大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫實(shí)例，從而存儲(chǔ)所有內(nèi)容。共享容量是危險(xiǎn)的，不管共享的容量是大是小。相鄰的租戶會(huì)對(duì)彼此產(chǎn)生級(jí)聯(lián)影響。所有租戶都受制于相同的軟件升級(jí)時(shí)間窗和災(zāi)難恢復(fù)策略。從安全的角度來看，我們傾向于為特定數(shù)據(jù)庫的用戶分配權(quán)限。但是隨著租戶數(shù)量的增加，你將擁有一個(gè)訪問控制規(guī)則網(wǎng)絡(luò)，這可能會(huì)導(dǎo)致將某些權(quán)限授予不需要它們的人。

云原生數(shù)據(jù)支持為每個(gè)租戶分配單個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)例。 無論是在共享云平臺(tái)還是在內(nèi)部環(huán)境中，這些數(shù)據(jù)庫都被分配給單獨(dú)的服務(wù)和應(yīng)用程序，而不是整個(gè)企業(yè)。這意味著團(tuán)隊(duì)可以控制何時(shí)以及如何升級(jí)、可以擴(kuò)展的容量、以及誰可以訪問。這些微型數(shù)據(jù)庫提供了更大的靈活性，因?yàn)槊總€(gè)團(tuán)隊(duì)可以選擇最適合他們應(yīng)用程序或服務(wù)的數(shù)據(jù)庫引擎和部署模型。

7. 云原生數(shù)據(jù)在托管平臺(tái)上

云原生：它是由軟件運(yùn)行的軟件。特別是對(duì)于數(shù)據(jù)庫，平臺(tái)是關(guān)鍵的部分。這是有效管理不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)庫實(shí)例的唯一方法。

托管數(shù)據(jù)庫平臺(tái)提供了什么？首先是安裝和配置。你再也無需在精心構(gòu)建的集群上手動(dòng)安裝Microsoft SQL Server，這樣做容易出錯(cuò)，也很耗時(shí)。開發(fā)人員和應(yīng)用程序團(tuán)隊(duì)需要單擊一個(gè)按鈕或調(diào)用一個(gè)API，從而在他們想要的任何位置獲得正確配置的數(shù)據(jù)庫實(shí)例。

托管平臺(tái)同時(shí)提供了“day 2”管理。包括內(nèi)置監(jiān)控、基礎(chǔ)架構(gòu)擴(kuò)展、補(bǔ)丁、版本升級(jí)和故障恢復(fù)。需要一個(gè)只讀副本嗎？只需片刻就可獲得一個(gè)Amazon RDS實(shí)例。需要高可用性嗎？Microsoft Azure Cosmos DB可以處理節(jié)點(diǎn)(或區(qū)域)故障，而且不需要修改代碼。這些都不是可有可無的功能，它們代表了大公司存儲(chǔ)和訪問云原生數(shù)據(jù)的方式。

8. 云原生數(shù)據(jù)不害怕橫向擴(kuò)展

當(dāng)你聽到“云”這個(gè)詞時(shí)，除了想到“靈活性”之外，你可能也會(huì)想到“擴(kuò)展”這個(gè)詞。互聯(lián)網(wǎng)上充斥著網(wǎng)絡(luò)公司和初創(chuàng)公司的例子，這些公司處理數(shù)十億甚至數(shù)萬億的數(shù)據(jù)點(diǎn)。雖然你可能不用面對(duì)現(xiàn)在的擴(kuò)展水平，但仍然需要規(guī)劃未來的增長(zhǎng)。與云原生應(yīng)用程序一樣，你的數(shù)據(jù)容量應(yīng)側(cè)重于橫向擴(kuò)展，而不是縱向擴(kuò)展。

設(shè)備將會(huì)產(chǎn)生前所未有的數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)中心的硬件和軟件發(fā)出診斷信息。而現(xiàn)在，云端的服務(wù)在運(yùn)行過程中也會(huì)發(fā)出各種事件。業(yè)務(wù)應(yīng)用程序生成和使用各種數(shù)據(jù)。當(dāng)你采用云原生數(shù)據(jù)方法時(shí)，將面臨不斷增加的數(shù)據(jù)量。

你面臨著更多的數(shù)據(jù)，它們產(chǎn)生的速度越來越快。云原生數(shù)據(jù)流經(jīng)實(shí)時(shí)消息系統(tǒng)或事件流系統(tǒng)，并按TB單位進(jìn)行存儲(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，你需要確保消息傳遞中間件是為突發(fā)事件和AlwaysOn可用性而設(shè)計(jì)的。傳統(tǒng)上，這意味著需要預(yù)先分配巨型集群。在云原生世界中，你的底層平臺(tái)應(yīng)該根據(jù)需求來擴(kuò)展消息傳遞層。

你的數(shù)據(jù)庫(和數(shù)據(jù)微服務(wù))必須能夠處理小批量或大批量的數(shù)據(jù)更新。這可能會(huì)影響你設(shè)計(jì)RDBMS模式的方式，也可能影響你在為密集型工作負(fù)載選擇使用無模式時(shí)做出的決策。不再使用大規(guī)模的單個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)例，而是考慮使用可以擴(kuò)展到多實(shí)例的數(shù)據(jù)庫。橫向擴(kuò)展你的數(shù)據(jù)庫可能會(huì)帶來事務(wù)性權(quán)衡，但你獲得了更好的靈活性。這意味著較小的初始占用空間，并為不可避免的實(shí)例(和站點(diǎn))故障做好準(zhǔn)備。

9. 云原生數(shù)據(jù)是經(jīng)常被使用和丟棄的

清除數(shù)據(jù)可能是一個(gè)需要克服的心理障礙。我們?yōu)榱恕耙苑廊f一”而存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。雖然云原生數(shù)據(jù)容易擴(kuò)展(參見上文)，但很多數(shù)據(jù)都只有臨時(shí)用途。

可以肯定的是，大量的云原生數(shù)據(jù)被無限期地保存。但是，你會(huì)注意到，越來越多的數(shù)據(jù)被處理(在某個(gè)地方)并被丟棄。或許它們?cè)谶吘壘奂?，然后發(fā)送一個(gè)概要事件到內(nèi)部系統(tǒng)?；蛘咚鼈?cè)谝欢〞r(shí)間段內(nèi)被用來查找服務(wù)器性能異常，隨后刪除。它們可以是機(jī)器學(xué)習(xí)模型生成的即時(shí)購物建議，并在購物者離開網(wǎng)站時(shí)刪除。

不要覺得好像要儲(chǔ)存一切數(shù)據(jù)。要知道，你現(xiàn)在處理的數(shù)據(jù)的生命周期比以往任何時(shí)候都來得短暫，并在規(guī)劃其存儲(chǔ)介質(zhì)之前，計(jì)算出數(shù)據(jù)的生命周期。

10. 云原生數(shù)據(jù)按照實(shí)時(shí)和批量的方式進(jìn)行分析

流數(shù)據(jù)非常流行，但據(jù)研究公司Gartner的報(bào)告顯示，85%的企業(yè)仍然青睞面向批處理的技術(shù)。這一數(shù)字將隨著時(shí)間的推移而減少，但云原生數(shù)據(jù)同時(shí)需要實(shí)時(shí)和批處理。

基于云的流引擎(如AWS Kinesis或Azure Event Hubs）簡(jiǎn)化了無邊界事件的處理?？蛻羰褂眠@些引擎來檢測(cè)欺詐、更新定價(jià)或揭示性能問題。這些引擎還將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到數(shù)據(jù)倉庫中，進(jìn)行更復(fù)雜的批量分析。在那里，可以對(duì)相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析和更有意義的分析 。

總結(jié)

現(xiàn)在還處在云原生數(shù)據(jù)的早期階段。我們?nèi)绾螌⑦z留數(shù)據(jù)存儲(chǔ)引入到云原生應(yīng)用程序中？處理多云數(shù)據(jù)需求的正確方法是什么？鎖定和可移植性在哪里？雖然這些問題還沒有明確的答案，但是本文率先研究了云原生概念如何應(yīng)用于數(shù)據(jù)領(lǐng)域中。在未來的幾個(gè)月甚至幾年中，我認(rèn)為我們將花更多的時(shí)間來探索這一重點(diǎn)領(lǐng)域。

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