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2024云原生数据库发展现状和趋势

一、云原生数据库是什么

云计算的出现促进了企业信息技术的进步。云计算供应商把大量的计算、存储和通信资源汇聚在一个“池”中，允许企业或个人用户根据需求购买这些资源，从而能快速、低成本地建立信息系统。当系统负载发生变化时，可以根据需要增减计算资源。对于供应商来说，能统一管理所有用户使用的大量资源，实现规模效应，降低边际成本。对于云计算用户来说，获取资源快捷、便捷，按需使用的成本更低。从全社会的角度看，整体资源的使用效率得到提高，更环保。

数据库是最常用的基础软件之一，它能提供计算和存储能力。存储是数据的基本功能，计算能力则体现在数据库能完成用户的复杂分析和计算请求，以及进行查询优化、事务处理、索引维护等内部计算。

单机数据库部署在普通主机上，其存储和计算能力受硬件限制，难以扩展。分布式数据库可以通过增加机器来扩展容量和计算能力，但依然受到机器资源的限制。如果简单地将它们迁移到云上，将普通主机换成云主机，可能会出现一些问题，如网络瓶颈、写放大问题等；并且不能充分发挥云计算的优势，如资源弹性管理、按需使用，也无法灵活使用各种云存储产品。

如果分布式数据库如果未经改造，简单的迁移到云上；尽管分布式数据库有很好的扩展性，但不能算是“云原生”。首先，它弹性扩展的单位是“机器”，而不是更细粒度的“计算和存储资源”。其次，它在设计时并未考虑云平台的特性，没有进行相应的优化，以达到最优性能和成本。

“云原生数据库”的核心是设计一种更符合“资源弹性管理”理念的数据库架构，充分利用云平台的池化资源，适应云平台的基础设施。并且，经过多次迭代更新，产品已在云上发展成熟，云原生数据库的技术也普惠到了更多的场景和部署环境，包括私有云场景，为企业提供数据安全可控的解决方案。

二、发展历史及国内现状

云数据库的进化轨迹始于2010年代初，这个时期正值云计算技术的兴起，大量企业开始尝试将传统数据库搬迁至云端。近些年来，随着云基础设施的迅猛发展，云数据库也得到了飞速的拓展，并且因其按需扩展和按需付费等卓越特性，受到了中小企业和互联网客户的广泛欢迎。然而，云数据库并非专为云场景或云环境设计和构建的，它仅仅利用了云的资源。因此，它存在一些固有的问题，如存储空间浪费、计算资源浪费、恢复时间目标大以及数据延迟、系统性能受限、网络带宽消耗大等，这些问题阻碍了业务的进一步发展。

Amazon首先意识到上述问题，推出的云数据库Aurora就是为云计算时代而专门定制的一款关系型数据库。从此数据库又进入了一个崭新的阶段，云原生数据库。各大公有云厂商基于这一路线紧随其后，在优先保证上云兼容性的前提下，基于存算分离架构对传统数据库进行改造：通过把大量的日志操作放到后台异步处理，实现存储独立扩展，解决了MySQL数据库单库的数据量不能太大的痛点。并且云原生数据库提供了又兼容又能扩展的能力，在存储层面实现了扩展的同时，又保留了计算层面的不变和兼容，从而基本实现了完全的兼容性。像典型产品就有阿里云的Polardb，百度智能云的GaiaDB和腾讯云的TDSQL-C。可以完美兼容传统的使用习惯，对交易类场景可以提供很低延迟的写事务能力。同时读扩展性与存储扩展性由于借助了分布式存储池化能力，也得到了极大增强。

而分布式数据库为了解决扩展性问题，是另外一种演进路线，则优先将系统的扩展性放在首位，通过规模来解决各类业务对写扩展能力的要求，像OceanBase和TiDB就是两个比较典型的产品。它们的典型特征就是将事物系统和锁系统角色拆分为单独的模块负责，计算层通过与这些模块交互实现了多个节点都可接受写请求，然后由统一的新事务+锁中心节点来进行仲裁。这样对于写负载本身需要较多计算资源的场景下会有很好的提升，但是由于事务和锁都需要跨网络进行交互，所以事务延迟是相对比较高的，在锁负载较重的负载下会成为一定的瓶颈。

云原生数据库由国外传入国内。如今，以阿里云的PolarDB、百度智能云的GaiaDB、腾讯云的TDSQL-C等为首的主要厂商，都在投入大量资源进行研发。短短三年的时间，市场已经形成了相对成熟的云原生数据库应用模式，并且已经在不同的场景中得到应用。可以看出，虽然国产云原生数据库的起步相对于国外稍晚，但其在国内的发展速度极快，影响力已经逐渐超过了国外的云原生数据库。

阿里云在2024年1月17日隆重召开PolarDB开发者大会，分享了阿里云PolarDB未来发展的四大趋势：深化服务化、多主多写、容灾、全球化等的云原生化、支持标准的API、IAC、CI/CD等工具的平台化、实现不同数据处理场景的一体化、与AI深度结合的智能化。

百度于2023年12月20日的智算大会上正式发布自研云原生数据库GaiaDB4.0，帮助解决企业复杂查询难题。GaiaDB4.0增强了并行查询