1. 概念
- 数据库架构是指数据库的总体设计结构，它描述了数据库的组织方式、数据存储方式、数据访问方式以及各个组件之间的关系。一个良好的数据库架构能够有效地存储和管理数据，支持高效的数据访问和操作，并且能够适应业务需求的变化。
2. 分层架构
- 表现层（用户接口层）
- 功能：这是用户与数据库系统交互的界面，负责接收用户的请求并将结果呈现给用户。在不同的应用场景中，表现层可以是命令行界面、图形用户界面（GUI）或基于Web的用户界面。
- 示例：在一个Web应用中，用户通过浏览器访问网页，网页上的表单、按钮等元素就是表现层的一部分。用户在表单中输入查询条件，如在电商网站中输入商品名称进行搜索，这些操作请求通过HTTP协议发送到后端服务器。
- 业务逻辑层
- 功能：主要处理业务规则和业务流程。它接收来自表现层的请求，根据业务规则对数据进行处理，如数据验证、业务计算、事务处理等，然后调用数据访问层获取或更新数据。
- 示例：在电商系统的订单处理业务逻辑层中，当用户提交订单时，它会验证订单信息（如商品库存是否足够、用户信息是否完整等），计算订单总价（包括商品价格、运费等），并启动一个事务来处理订单的保存和库存的更新。
- 数据访问层
- 功能：负责与数据库进行直接的交互，包括执行SQL语句来实现数据的查询、插入、更新和删除操作。它封装了数据库的访问细节，使得业务逻辑层不需要关心数据库的具体实现，如数据库类型、SQL语法差异等。
- 示例：在一个使用关系型数据库（如MySQL）的应用中，数据访问层会包含执行SQL查询的方法。例如，有一个查询用户订单的方法，它会构建类似“SELECT * FROM orders WHERE user_id =?”的SQL语句，将用户ID作为参数传入，然后执行查询并返回结果。
3. 分布式数据库架构
- 主从复制架构
- 原理：主数据库负责处理所有的写操作（插入、更新、删除），并将数据变更同步到一个或多个从数据库。从数据库主要负责读操作，通过分担读负载来提高系统的整体性能。
- 优势：提高系统的读取性能，因为可以有多个从数据库同时处理读请求；提供数据备份，当主数据库出现故障时，从数据库可以作为备用数据源；可以在从数据库上进行数据备份和数据分析等操作，避免对主数据库性能产生影响。
- 示例：在一个高流量的内容管理网站中，主数据库处理文章的发布、更新等写操作。多个从数据库分布在不同的服务器上，用于处理用户对文章的浏览请求，这样可以有效减少主数据库的负载，提高网站的响应速度。
- 分片架构
- 原理：将数据库中的数据按照一定的规则（如范围、哈希等）分割成多个片段（分片），并存储在不同的节点上。每个分片可以独立地进行数据处理，从而提高系统的扩展性和性能。
- 优势：可以处理大量的数据，通过增加分片节点来线性地扩展系统的存储和处理能力；可以根据业务需求将数据分布在不同的地理位置，减少数据访问延迟。
- 示例：在一个全球性的社交网络应用中，用户数据可以按照地域进行分片。例如，将亚洲地区的用户数据存储在一组服务器上，欧洲地区的用户数据存储在另一组服务器上。这样，当亚洲地区的用户访问数据时，主要从本地的分片服务器获取数据，减少了数据传输的延迟。
4. 数据模型架构
- 关系型数据库架构
- 原理：基于关系模型，使用表格来存储数据，表格中的行代表记录，列代表属性。通过定义表之间的关系（如主键 - 外键关系）来建立数据之间的关联。
- 优势：数据结构清晰，易于理解和维护；支持强大的SQL语言进行复杂的查询和数据操作；能够保证数据的完整性和一致性，通过事务和约束机制。
- 示例：在企业资源规划（ERP）系统中，使用关系型数据库存储客户信息（客户表）、订单信息（订单表）和产品信息（产品表）。客户表中的主键（客户ID）可以作为外键出现在订单表中，建立客户和订单之间的关联；订单表中的产品ID字段可以作为外键关联到产品表，从而方便查询某个客户的订单以及订单中的产品信息。
- 非关系型数据库架构（NoSQL）
- 文档型数据库（如MongoDB）
- 原理：以文档（如JSON或BSON格式）为基本存储单元，将相关的数据存储在一个文档中。文档可以嵌套，适合存储半结构化或非结构化的数据。
- 优势：灵活的数据模型，能够快速适应业务需求的变化；对复杂的数据结构（如包含嵌套对象的数据）处理能力强；在某些场景下，性能优于关系型数据库，特别是对于读写模式比较灵活的应用。
- 示例：在一个内容管理系统中，文章内容、作者信息、评论等可以存储在一个文档中。例如，一篇文章的文档可能包含文章标题、正文、作者姓名、作者简介、评论数组等内容，这种存储方式方便一次性获取和处理与文章相关的所有信息。
- 键 - 值型数据库（如Redis）
- 原理：以键 - 值对的形式存储数据，通过键来快速查找和获取对应的价值。键 - 值对可以存储各种类型的数据，如字符串、数字、对象等。
- 优势：简单高效的存储和访问方式，非常适合用于缓存、计数器、会话管理等场景；能够提供快速的数据读写速度，因为数据的存储和查找是基于简单的键 - 值匹配。
- 示例：在一个Web应用中，Redis可以用于存储用户的会话信息。用户的会话ID作为键，对应的会话数据（如用户登录状态、购物车内容等）作为值。当用户访问网站时，通过会话ID快速获取会话数据，提高用户体验。
- 列族数据库（如Cassandra）
- 原理：数据存储在列族中，列族是一组相关列的集合。它将数据按照列族进行组织，同一列族中的数据通常具有相似的访问模式。
- 优势：适合于大规模的分布式存储和高吞吐量的读写操作；能够有效地处理海量数据，并且可以根据数据的访问模式进行优化。
- 示例：在一个大数据存储和分析系统中，用于存储传感器数据。不同类型的传感器数据（如温度传感器、湿度传感器等）可以分别存储在不同的列族中，方便对同一类型的数据进行批量处理和分析。
