分布式線性擴展

PolarDB-X將數據表以水平分區的方式，分布在多個存儲節點（DN）中。數據分區方式由分區函數決定，PolarDB-X支持哈希（Hash）、范圍（Range）等常用的分區函數。

以下圖為例，shop庫中的orders表根據每行數據的ID屬性的哈希，被分區水平切分成orders_00～orders_11共計12個分區，均勻分布在4個數據節點上。對于用戶來說，通常無需關心具體的數據分布，PolarDB-X的分布式SQL層將會自動完成查詢路由、結果合并等。

擴容遷移

隨著業務的增長，數據量越來越大，往往需要添加更多的數據節點以承載更多的數據。當新的數據節點加入實例時，PolarDB-X將自動觸發擴容任務，將數據進行再平衡（Rebalance）。

以下圖為例，orders表原本分布在4個數據節點上。用戶進行擴容后，實例的數據節點數量從4個增加到6 個，觸發PolarDB-X的再平衡任務，將部分數據分區從舊節點移動到新節點上。這一過程在后臺利用空閑資源完成，對業務線上流量無影響。

高可用與容災

在生產環境部署數據庫時往往會搭建多個副本（Replica），保證數據庫實例的高可用性以及數據的持久性。為了保證副本間的強一致性，現代數據庫往往采用以Paxos算法為代表的多數派復制協議，它要求實例中至少存在3個節點，每次寫入都要獲得超過半數節點的確認，即便其中1個節點宕機實例也仍然能正常提供服務。PolarDB-X采用X-Paxos復制協議，X-Paxos是阿里巴巴自研的Paxos協議實現，在功能、性能上都做了大量優化，且經歷了數十載的雙十一考驗，穩定可靠。

基于Paxos復制協議，PolarDB-X可以部署到多個機房中，以實現機房級容災。常見的部署方式有同城三機房、兩地三中心等，其中后者主要應用在混合云部署中。由于Paxos協議的特性，通常三個機房中有一個主機房負責對外提供服務。

分布式事務

PolarDB-X原生支持分布式事務，并保證事務的ACID性質——原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability）。

PolarDB-X通過引入中心授時節點（TSO），結合多版本并發控制（MVCC），保證讀取到的一定是一致的快照，而不會讀到轉賬事務的中間狀態。如下圖所示，提交事務時，計算節點（CN）執行事務時從TSO 獲取到時間戳，隨著數據一同提交到存儲節點 （DN）多版本存儲引擎上。讀取時，如果查詢操作的數據涉及多個分區，PolarDB-X首先會獲取全局時鐘作為讀取版本，對每行數據的MVCC多版本進行可見性判斷，確保讀到全局一致的數據版本。

分布式事務也是許多分布式特性的基礎，例如：對于讀寫分離，數據的事務多版本信息也會被同步到 Learner副本，保證讀只讀實例不會因為同步延遲讀到過期數據；Binlog日志服務中，通過時間戳保證分布式事務順序；任意時間點的數據恢復（PITR，point-in-time recovery）中，利用分布式事務時間戳，能夠精準找到相應時間的、全局一致的數據版本。

集中式與分布式一體化

PolarDB-X支持集中式和分布式一體化架構，簡稱集分一體化。

面相集分一體化架構，PolarDB-X兼具分布式數據庫的擴展性和集中式數據庫的功能和單機性能，兩種形態可以無縫切換。在集分一體化數據庫中，數據節點被獨立出來作為集中式形態，完全兼容單機數據庫形態。當業務增長到需要分布式擴展的時候，架構會原地升級成分布式形態，分布式組件無縫對接到原有的數據節點上進行擴展，不需要數據遷移，也不需要應用側做改造。

適配集分一體化，PolarDB-X的產品主售形態主要分為標準版（集中式形態）和企業版（分布式形態），支持標準版原地升級分布式。

HTAP一體化

PolarDB-X是一款支持 HTAP (Hybrid Transaction/Analytical Processing) 的數據庫：在支持高并發、事務性請求的同時，也對分析型的復雜查詢提供了良好的支持。分析型查詢指的是涉及數據量較大、計算比較復雜的查詢，例如對一定時間區間內的數據進行聚合。相比于業務中常見的簡單查詢，這類查詢往往要執行數秒甚至數分鐘，需要消耗較多的計算資源。

為了加速復雜分析型查詢，PolarDB-X引入列存索引的技術，結合向量化算子提供更好的分析加速能力。

MySQL生態兼容

PolarDB-X將兼容MySQL以及周邊生態作為核心設計目標之一。本文從SQL語法、事務行為、導入導出等角度總結了兼容性相關特性，詳細內容請參見MySQL兼容性。

PolarDB-X通訊協議兼容MySQL協議，可以使用常見的MySQL客戶端直接連接到PolarDB-X實例，包括 JDBC Driver、ODBC Driver、Golang Driver等。兼容MySQL SSL、Prepare、Load等傳輸協議。

PolarDB-X兼容MySQL的各種DML、DAL、DDL語法，包括：

• 兼容絕大部分MySQL函數（包括JSON函數、加密解密函數等）。

• 兼容MySQL 8.0的視圖、CTE、窗口函數、分析函數等。

• 支持MySQL的各種數據類型，包括支持類型精度（比如時間戳、Decimal 類型）。

• 兼容常見的MySQL字符串Charset及Collation。

• 兼容絕大部分information_schema視圖。

另外，PolarDB-X兼容 MySQL binlog 復制協議。用戶可以將PolarDB-X集群看作一個普通的MySQL 節點，將其他MySQL節點作為PolarDB-X的同步源端或目標端。PolarDB-X的binlog格式和MySQL原生格式一致，因此也可以用于CDC場景，例如利用canal等將PolarDB-X的寫入數據同步到其他存儲中。