有没有完全自主的国产化数据库技术

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前段时间的俄乌冲突,Oracle宣布“暂停在俄罗斯的所有业务”,相信大家的心情绝不是隔岸观火,而是细思恐极。

数据库号称IT领域三大核心之一(其他两个是CPU和操作系统),一直以来都被国际巨头垄断,人家控制着核心,想什么时候锁喉就什么时候锁,你一点办法都没有。

现在解决这个问题的办法只能是自强,将数据库核心技术掌握在自己手里,做属于自己的国产数据库。其实,这个事我国也已经张罗了几十年,早在上世纪80年代以研究所和大学为主的国家队就开始投入研发国产数据库,并在90年代相继推出了几款数据库产品。不过可惜的是这些产品研发从一开始就缺乏产业端的接入,并不是因为实际需求的刺激,而纯粹是为了拥有。这样,产品在商业市场的拓展也比较弱。作为追赶者,始终也没有看到对手的背影。

知乎上有个问题:“中国跨过数据库这座大山了吗?”翻译一下就是:现在有完全自主研发的国产数据库了吗?回答有多个,看了看不是普及数据库知识的就是推广自家产品的,大多回答并没有直面这个问题。确实也没法直面,因为我们还不能说已经翻过这座大山了。

国产数据库现状

这几年,雨后春笋般地冒出数百个国产数据库,但有多少拥有原创技术呢?

其实没多少!甚至可以粗暴一点说:几乎没有!

这几百个国产数据库中,绝大多数是基于开源数据库改造的,90%都不止。其中又有绝大部分(大概又是90%)是基于MySQL或PostgreSQL改造的。

MySQL作为最著名的开源数据库,由于使用者众多、兼容性强、接口丰富等因素,被很多国产数据库厂商用来改造成自家产品也不足为奇,毕竟熟悉它的人不少,改造成本也低一点。

不过,相对MySQL,基于PostgreSQL(俗称PG)封装的更多。这是由于PG采用BSD开源许可非常宽松,允许修改源码后再闭源,甚至不需要版权声明。因此PG成为众多国产数据库厂商的最爱,纷纷基于PG封装出自己的“原创”国产数据库,包括某些以创新闻名的著名大厂。正所谓“国外一开源,我们就原创”,有的厂家甚至懒得改造(也可能是没能力改造),连驱动程序都能直接借用。

除了MySQL和PG这两大阵营外,也有一些基于其他开源数据库封装的,不过数量很少。有些国产数据库看似原创,但其实是基于某个已经退出江湖的古老开源数据库改造的,现在很难看出来就被误以为原创了。

除了使用开源库封装,还有一些国内数据库厂商通过购买源码实现“自主”。像年有几家中国公司购买了Informix源码来发展自己的数据库。

这些“借用别人”的非原创数据库厂商,大多数并没有掌握核心技术,毕竟消化上千万行代码也不是一件容易的事儿。虽然手里有源代码,却仍然很难进行深入的改造,未来升级发展也要仰人鼻息。有些时候甚至还会有协议和法律问题,比如MySQL现在的所有权归Oracle所有,天知道哪天O记不高兴了会不会对我们干些啥。

不过,欣慰的是,还是有少量难能可贵的厂商是从0开始自主实现的。比较有代表性的是OceanBase。因为诞生于互联网企业,面对急速扩张的业务,继续使用国外商用数据库无论在成本上还是容量上都难以支撑,自身就有很有很强的动力摆脱对国外产品的依赖,就必须走出一条自研之路。当然,从头自研一个数据库并非易事,这是个十年才能磨一剑的艰辛事业,肯这样熬的厂商确实是凤毛麟角。

除此之外,我们还有另一个更奇葩的也是十年磨出一剑的,一个看起来不像数据库却能完成大量数据库任务的产品:润乾软件开发的集算器SPL。它不仅在工程实现上完全自主开发,连理论模型都是自己原创的,突破的不仅仅是数据库本身,还有背后的理论框架,这样的产品在国内可以说更是绝无仅有的了。

SPL是啥?和数据库有啥关系?效果咋样?背后又突破了什么理论?下面我们就来说道说道。

SPL的由来

SPL的开发主体是润乾软件,润乾报表你可能听过或用过,是20年前为了解决中国式复杂报表制作创新的一个产品,其中使用了独创的非线性报表模型理论。我们知道,报表是一个强数据计算场景,数据库中的数据距离要呈现出来的数据还很远,需要很多步骤的复杂运算才能得到。而报表工具只能解决呈现环节那一步的少量计算,对于进入报表工具之前的数据计算则无能为力。这导致了虽然有成熟的报表工具来解决格式及呈现环节的计算问题,而报表开发却依然很难的现状。

对于这个问题,业界也没什么好办法,只能是写复杂SQL(以及存储过程)或者在应用程序中用高级语言(如Java)编程,十分繁琐低效。而且由于SQL和Java的开发特性,还会带来耦合性高、维护困难等问题。

在这样的背景下,我们希望找到一种方式来解决数据计算难、计算慢的问题。我们通过大量总结分析碰到的各种数据计算问题后发现,如果继续沿用SQL的技术体系无论如何也解决不好这个问题,充其量在工程上做些优化(现在大多数数据库在做的),新瓶装旧酒而已。

SQL的理论基础是关系代数,SQL之所以难以应对复杂数据计算,根本原因是背后的关系代数理论。想要根本解决这个问题就不能再基于关系代数。

那怎么办?

既然没有现成的可用,就只能发明新的了,使用新的理论模型解决计算难题!

不过,这事儿说起来轻松,做起来却不容易。从年开始,我们用了十多年时间,历经四次大的重构才把模型和结构稳定下来,形成了一套理论模型——离散数据集,基于这套模型开发出了SPL(StructuredProcessLanguage),专门用于结构化数据计算的程序设计语言,配合有存储机制后,也可以理解成为数据仓库产品。

由于SPL采用了新的理论模型,在市面上根本没有其他产品可以借鉴,更不可能有现成的开源代码可以“借用”,只能完全自己一行一行开发。所以,SPL的核心运算模型代码从头到脚都是完全自主原创的。连理论基础都是自己发明的,代码更加只能原创,你说够不够自主?

说到这你可能发现,SPL看起来跟传统数据库不太一样,它的实际应用效果如何呢?

SPL应用效果

对于大数据计算类任务来讲,就已应用的效果来看,SPL在实践中的表现非常出色。实现复杂计算时,不仅代码简短,性能相较于传统数据库通常能快一个数量级以上。

国家天文台的某个天体计算场景:11张照片,每张50万天体(目标规模为万),天文距离(三角函数计算)较近的天体被视为同一个,需要将不同照片中的“相同”天体合并,属性重新聚合。

这个任务的技术本质是个非等值关联,计算量是平方级的(也就是50万*50万=2亿)。Python代码约行,单线程计算6.5天,按个速度估算,目标的万规模需要近2年时间,彻底没有可实用性;国内某大厂的分布式数据库上动用了个CPU的SQL代码也用了.8小时,算下来单核计算速度比Python还慢;而SPL实现的优化代码仅50多行,利用任务特点大幅降低了计算量(远不到2亿),在4核的笔记本上仅用2分多钟就完成了计算,计算万的目标规模只要数小时就能搞定,完全可以实用。

这个差距的背后:受限于理论模型的SQL,无法实现这种优化技术,只能眼睁睁地看着计算资源消耗;Python硬编码虽然可以实现优化算法,但工作量巨大,代码将远不止行;只有SPL,代码更短,还跑得更快。

不仅如此,在其他行业,SPL的优势也很明显。

在某保险公司团体保明细单查询场景中,SPL相比Oracle性能提升了0倍,同时代码量减少了5倍以上……

在某保险公司车险跑批计算优化场景中,使用SPL将RDB跑批时间从2个小时优化到17分钟,而实现代码从原来的0行缩短到不到行……

在某银行的客户画像场景中,SPL将用户画像客群交集计算性能提升了倍以上……

在某金融用户的报表查询场景中,SPL将报表计算时间从秒缩短到秒,提升了5倍多……

……

类似的案例SPL实施过不少,还没有失手过,平均提速超过一个数量级,同时代码量降低数倍。

这里还有一份性能测试报告:《全国产计算数据库性能测试报告》(


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