摘 要： Redis+MySQL+MongoDB技術(shù)架構(gòu)實現(xiàn)了本項目中大數(shù)據(jù)存儲和實時云計算的需求。使用MongoDB切片的水平動態(tài)添加，可在不中斷平臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)的同時保障擴容后的查詢速度和云計算效能；依據(jù)切片鍵索引分片，位于各切片獨立進行計算，使大數(shù)據(jù)下的實時分析成為現(xiàn)實。對于高頻訪問的數(shù)據(jù)放在了Redis中，有效地降低磁盤I/O，使業(yè)務(wù)系統(tǒng)響應(yīng)更為敏捷，滿足了高并發(fā)下應(yīng)用服務(wù)的高呑吐要求。
關(guān)鍵詞： 移動位置服務(wù)SaaS；Redis；MongoDB
基于移動位置服務(wù)的應(yīng)用是根據(jù)用戶所在位置提供的一種增值業(yè)務(wù)，主要通過移動定位技術(shù)獲得其當(dāng)前所在位置，在電子地圖和業(yè)務(wù)平臺的支持下，提供位置相關(guān)的信息服務(wù)。通過互聯(lián)網(wǎng)提供軟件服務(wù)的SaaS（Software as a Service）模式具有企業(yè)初期零投入，不需服務(wù)器、系統(tǒng)研發(fā)等軟硬件投入等獨特的優(yōu)點，為廣大中小企業(yè)解決前期資金投入不足的情況下開展信息化建設(shè)，引入管理信息系統(tǒng)提供了一個可行的模式。
1 項目簡介
基于此需求背景提出開發(fā)一種面向中小企業(yè)移動位置服務(wù)的SaaS平臺，幫助所有具有外勤、外巡、外服的戶外工作業(yè)務(wù)的中小企業(yè)降低成本，將定位技術(shù)與智能手機客戶端相結(jié)合，利用運營商的GSM/WCDMA等無線網(wǎng)絡(luò)，為企業(yè)提供在外工作人員的具體位置和行走軌跡，同時實現(xiàn)考勤簽到、快速審批、位置標(biāo)注、語音群聊、數(shù)據(jù)上報、區(qū)域預(yù)警，更好地進行地理化分析、業(yè)績審視，快速響應(yīng)客戶需求和有效管理員工，深度鞏固企業(yè)在市場中主體地位和增強企業(yè)核心競爭力。
2 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析
移動位置服務(wù)的SaaS平臺作為企業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，應(yīng)用過程將積累大量數(shù)據(jù)。其中包括：靜態(tài)信息（手機號碼、注冊信息、手機型號等）；位置信息（行動軌跡、速度、停留時間、地點屬性）；與APP關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)（訪問行為、社交行為、交易行為等）；交互特點（報告頻率、數(shù)據(jù)類型與格式等）。其數(shù)據(jù)容量和特點較傳統(tǒng)業(yè)務(wù)有較大地變化。
2.1 數(shù)據(jù)來源分析
數(shù)據(jù)來源包括終端采集的數(shù)據(jù)和SaaS平臺數(shù)據(jù)，終端數(shù)據(jù)涵蓋了Android、IOS智能終端和PC端，智能終端是企業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集器，是企業(yè)人在業(yè)務(wù)活動中“人體器官”的延伸。同時還有部分?jǐn)?shù)據(jù)源于PC端；另外系統(tǒng)運行過程中，會產(chǎn)生大量日志數(shù)據(jù)。
?。?）終端采集的數(shù)據(jù)
?、佘壽E數(shù)據(jù)：以包括公司id、用戶id、經(jīng)緯度、地址、定位時間、定位類型等信息的一個數(shù)據(jù)樣本為例，默認(rèn)30 s采集一次，假如企業(yè)員工默認(rèn)工作時間8小時，每個員工每天條數(shù)為2 080條，假定用戶數(shù)為10 000，那么每天有2 080萬條；單條數(shù)據(jù)占用空間184 KB，10 000用戶一天占用空間約為3 GB。
?、诔Ｒ?guī)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)：常規(guī)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)種類有考勤、工作計劃、工作日志、申請、事件提醒、通知公告、銷售上報等；保守預(yù)計單條數(shù)據(jù)容量為512 KB，按每個用戶每天產(chǎn)生15條相關(guān)業(yè)務(wù)，其數(shù)據(jù)量為7 680 KB，10 000用戶一天產(chǎn)生數(shù)據(jù)量約為73 MB。
③即時聊天和工作微博數(shù)據(jù)：即時聊天和工作微博數(shù)據(jù)為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包含如下種類：語音、圖片、文本、位置分享等。保守預(yù)計單條圖片語音數(shù)據(jù)量為： 100 KB，按每個用戶每天產(chǎn)生30條，其數(shù)據(jù)量為3 000 KB，10 000用戶一天產(chǎn)生數(shù)據(jù)量約為28 GB。
（2）平臺數(shù)據(jù)
作為服務(wù)眾多企業(yè)的云平臺，還有如下種類數(shù)據(jù)需要產(chǎn)生和管理：企業(yè)、企業(yè)組織、企業(yè)用戶、用戶通信錄、用戶通信錄個性化備注、群組名片等；平臺方面的數(shù)據(jù)暫且不作考量，與普遍的企業(yè)應(yīng)用基本類似。
2.2 數(shù)據(jù)特點分析
?。?）移動化。與PC應(yīng)用相比較，移動應(yīng)用數(shù)據(jù)采集的時空變化了，智能終端不知疲倦，可以自動采集上報如位置等信息；同時移動化使得采集數(shù)據(jù)的便捷性得到了極大提高，用手機拍照立即便可上傳，相比過去的照相機采集沒有空間限制也沒有鏈接PC上傳的限制。
?。?）非結(jié)構(gòu)化。采集的圖片語音等媒體數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化，例如采集門店的貨品陳列的圖片數(shù)據(jù)等，工作微博分享的數(shù)據(jù)文檔化，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化、需要事務(wù)支持的數(shù)據(jù)有明顯差異。
?。?）平臺級增量化。與以往企業(yè)級應(yīng)用對應(yīng)一家企業(yè)增量相比，平臺級數(shù)據(jù)增量化帶來的數(shù)據(jù)量巨大增加，通過上面的分析，10 000用戶每天會帶來大約30 GB的數(shù)據(jù)增量。30 GB數(shù)據(jù)有些均勻地提交到平臺，有些會以峰值的方式提交到平臺；考勤通常集中在上下班時段，而軌跡則均勻分布在所有上班時間。
針對以上數(shù)據(jù)分析，如何解決其大容量和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)特點面臨的存儲和處理的挑戰(zhàn)？通過技術(shù)選型和前期的測試數(shù)據(jù)對比，選用了Redis+MySQL+Mongodb架構(gòu)的解決方案。
3 相關(guān)技術(shù)
3.1 Redis簡介
Redis（Remote Dictionary Server）是一個使用ANSI C語言開發(fā)的開源的Key-Value存儲系統(tǒng)，它和目前較流行的Memcached類似，都是基于內(nèi)存（緩存）的數(shù)據(jù)存儲方式，不同的是Redis支持的數(shù)據(jù)類型更加豐富并且對每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供了豐富的操作。同時，Redis不同于Memcached之處在于它會將更新的數(shù)據(jù)異步的持久化到硬盤中或者把進行過的修改操作寫入日志文件中。Redis雖然是Key/Value形式的數(shù)據(jù)庫，但是它吸收了部分關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點，如在能保存Lists和Sets類型的數(shù)據(jù)的同時，還能完成排序等高級功能，同時在實現(xiàn)INCR（自增）、SETNX（若不存在Key則創(chuàng)建并設(shè)值）等功能時保證其操作的原子性。在此基礎(chǔ)上還實現(xiàn)了Master-Slave（主從）同步[2]。Redis主從復(fù)制特點：（1）支持一個Master可以擁有多個Slave，同時Slave還可以接收其他的Slave；（2）主從復(fù)制不會阻塞Master和Slave，在同步數(shù)據(jù)時，Master和Slave都可以接收Client請求[2]。
3.2 MongoDB及其自動分片簡介[3]
MongoDB是一個基于分布式文件存儲的數(shù)據(jù)庫[4]。由C++語言編寫。它支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常松散，是類似json的bson格式，因此可以存儲比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型。MongoDB的特點是面向集合存儲，模式自由，支持動態(tài)查詢、完全索引、查詢、復(fù)制和故障轉(zhuǎn)移，自動處理碎片[5]。MongoDB的核心理念在于文檔模型，它是MongoDB數(shù)據(jù)的基本單元，等價于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的行。MongoDB中的集合等價于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的表。一個單一的MongoDB可以承載多個獨立的數(shù)據(jù)庫，每個數(shù)據(jù)庫可以擁有自己的集合和管理權(quán)限。
MongoDB的分片架構(gòu)是指把數(shù)據(jù)分割成不同部分，在不同的機器上的存儲過程，通過分割數(shù)據(jù)到不同的服務(wù)器上，使得無需使用更強大的機器來存儲更多的數(shù)據(jù)和處理更大的負(fù)載。MongoDB支持自動分片，集群可以自動分割數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的再均衡。MongoDB提供以下的分片技術(shù)：（1）對負(fù)載的變換和數(shù)據(jù)的分布自動平衡；（2）動態(tài)添加額外服務(wù)器；（3）無單點故障；（4）自動故障轉(zhuǎn)移[6]。
4 技術(shù)實現(xiàn)
4.1 架構(gòu)功能角色
Redis+MySQL+Mongodb架構(gòu)對應(yīng)功能角色如下。
Redis：基于內(nèi)存高速緩存，保存集群中央會話，即時通信離線消息隊列，即時通信重發(fā)消息集合，用戶令牌生命周期管理，應(yīng)用高頻訪問數(shù)據(jù)緩存，HTML5模板數(shù)據(jù)緩存，靜態(tài)應(yīng)用資源緩存。
MySQL：進行事務(wù)數(shù)據(jù)存儲：相關(guān)企業(yè)帳號數(shù)據(jù)，企業(yè)常規(guī)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，企業(yè)平臺交易數(shù)據(jù)。
Mongodb：進行非結(jié)構(gòu)化文檔數(shù)據(jù)存儲：包括圖片、圖標(biāo)、語音、工作微博文本以及結(jié)合位置數(shù)據(jù)的非結(jié)構(gòu)化的文檔數(shù)據(jù)，需要動態(tài)擴展無固定模式的數(shù)據(jù)，應(yīng)用日志數(shù)據(jù)，需要map-reduce計算的數(shù)據(jù)。
4.2 可靠性和可用性保障措施
為了保證生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠性和可用性，規(guī)避Redis+MySQL+Mongodb單點故障，分別作了主從備份，在此基礎(chǔ)上采用了KEEPALIVE，通過VRRP協(xié)議實現(xiàn)了故障的自動切換。Redis配置了主從，MySQL配置了主從，Mongodb配置了切片；詳細(xì)配置清單舉例如下。
Redis主從配置需要在從配置文件Redis.conf指定主IP和端口：slaveof 192.168.10.10 6379
MySQL主從配置：
主配置：server-id=1；log-bin=mysql-bin；binlog-do-db=wqt_web
從配置：server-id=2；log-bin=msyql-bin；master-host=192.168.10.3；master-user=slaveuser；master-password=gotop4001680756；master-port=3306；…
Mongodb切片配置：
mongod-shardsvr-port 10001-dbpath=/home/data/shard11/-logpath /home/data/shard11/mongodb.log--fork
mongod-shardsvr-port 10002-dbpath=/home/data/shard12/-logpath
…
mongo 127.0.0.1：20000/admin
配置分片必須要鏈接admin集合。鏈接成功后可以把分片加入集群：
db.runCommand（{"addshard"："127.0.0.1：10001"}）
…
db.runCommand（{"addshard"："127.0.0.1：10004"}）
這樣就成功地把4個shard加入了分片。制定分片的規(guī)則如下：
db.runCommand（{"shardcollection"："kingfihser.tablename"，"key"：{"primaryKey"：1}}）
激活分片的設(shè)置：db.runCommand（{"enablesharding"："kingfisher"}），最后成功的配置了分片。
4.3 詳細(xì)代碼
4.3.1 Redis實現(xiàn)案例
在通信中，作為發(fā)布訂閱隊列使用，Web發(fā)布消息，進入Redis發(fā)布訂閱頻道，通信中心消費此頻道消息，所有的信息發(fā)布都在Redis中進行，從而提高了響應(yīng)的速度。
public boolean sendMsg（String msg）{
boolean rebool=true；
Jedis jedis=null；
try{
jedis=（Jedis）pool.getResource（）；
jedis.publish（"kingfisher.*"，msg）；
}catch（Exception e）{
e.printStackTrace（）；
rebool=false；
}finally{
pool.returnResource（jedis）；
}
return rebool；
}
4.3.2 Mysql實現(xiàn)
進行事務(wù)數(shù)據(jù)存儲：包括相關(guān)企業(yè)帳號數(shù)據(jù)，企業(yè)常規(guī)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，企業(yè)與平臺交易數(shù)據(jù)。此部分的存儲計算采用HIBERNATE+SPRING方式實現(xiàn)。
4.3.3 Mongodb實現(xiàn)案例
?。?）媒體數(shù)據(jù)利用GFS網(wǎng)格文件子系統(tǒng)存儲。
class fileservice（BaseHandler）：
def get（self）：
id=self.get_argument（"id"，""）
f=GridOut（self.mongo.fs，ObjectId（id））
try：
fn=f.filename.lower（）
…
self.write（f.read（））
def post（self）：
…
def delete（self）：
…
（2）工作微博內(nèi)容和二維空間索引，以及軌跡數(shù)據(jù)的索引和查詢。
class listmark（BaseHandler）：
′′′
搜索工作微博列表
′′′
def get（self）：
self.set_header（"Content-Type"， "application/json"）
…
class mark（BaseHandler）：
′′′
基于二維空間的搜索
′′′
def get（self）：
self.set_header（"Content-Type"，"application/json"）
try：
…
（3）.map-reduce計算做日志分析。
′′′
調(diào)度生成當(dāng)天用戶訪問行為
′′′
class currdayuser（BaseHandler）：
def get（self）：
…
′′′
調(diào)度生成當(dāng)天服務(wù)運行行為
′′′
class currdayservice（BaseHandler）：
def get（self）：
目前這種存儲結(jié)構(gòu)，解決了項目中大數(shù)據(jù)存儲和實時云計算的需求。使用了Mongodb切片的水平動態(tài)添加，可不中斷平臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)的同時保障擴容后的查詢速度和云計算效能；依據(jù)切片鍵索引分片，計算位于各切片獨立進行，使大數(shù)據(jù)下的實時分析成為現(xiàn)實。對于高頻訪問的數(shù)據(jù)放在了Redis中，有效地降低了磁盤I/O，使業(yè)務(wù)系統(tǒng)響應(yīng)更為敏捷，滿足了高并發(fā)下的應(yīng)用服務(wù)的高吞吐要求。雖然大數(shù)據(jù)的存儲和計算變得簡單，但由于版本和技術(shù)在日新月異的變化，數(shù)據(jù)系統(tǒng)的管理工作并不輕松。在新架構(gòu)下的運維管理還會遇到新的挑戰(zhàn)并需不斷優(yōu)化完善。
參考文獻
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[5] 呂明育，李小勇.NoSQL數(shù)據(jù)庫與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的比較分析[J].微型電腦應(yīng)用，2011，27（10）：55-57.
[6] MongoDB features[OL]. http：//www.cnblogs.com.[2011-06-01].