TiDB 整体架构介绍

TiDB 分布式架构设计概览

TiDB 是一款原生分布式的 NewSQL 数据库，相比单机数据库具有以下优势：
• 分布式扩展： TiDB 支持计算层（TiDB Server）和存储层（TiKV/TiFlash）的分离部署，可通过增加节点线性 扩容，灵活应对业务增长
• SQL 兼容： 对外提供 MySQL 协议接口，兼容大部分 MySQL 语法，使用户可以无缝替换 MySQL
• 高可用性： TiDB 默认采用多副本设计，即使少数节点失效也能自动恢复故障、修复数据，对业务无感知
• 强一致事务： TiDB 原生支持分布式事务，提供 ACID 属性和 Snapshot Isolation (SI) 隔离级别，适用于银行转账等对一致性要求高的场景
• 丰富生态： TiDB 具有完善的工具链，包括数据迁移、同步、备份等工具，满足多种使用场景
在核心架构上，TiDB 将系统拆分为多个模块，各模块间通过网络通信协作。TiDB Server 作为计算节点，PD (Placement Driver) 负责集群元信息和调度，TiKV/TiFlash 提供分布式存储，另外还有数据同步和日志组件如 TiCDC 、 TiDB Binlog 等，总体架构如下图所示：

核心组件及其功能

• TiDB Server： TiDB 的 SQL 计算层，接受客户端的 MySQL 协议连接并执行 SQL 解析、优化。TiDB Server 本身无状态，可水平扩展；通常部署多个实例并通过负载均衡（如 TiProxy、HAProxy 等）对外提供统一入口 。TiDB Server 不存储数据，只负责将 SQL 读写请求转发到底层存储节点（TiKV 或 TiFlash）
• PD (Placement Driver)： 集群的元信息管理与调度模块。PD 存储集群拓扑和数据分布等元数据，并为所有事务分配全局唯一的时间戳（TSO）。PD 会根据 TiKV 节点上报的状态信息下发数据调度命令 （如 Region 切分、迁移等），保证数据均衡与集群健康 。PD 本身通常以奇数个节点（如 3 个）部 署以保证 Raft 选举高可用
• TiKV： 分布式事务型键值存储引擎，为 TiDB 提供持久化数据存储和分布式事务处理。TiKV 将数据按 Key 范围切分为多个 Region（默认大小约 96MiB），每个 Region 在 TiKV 集群中有多个副本（默认3副本）以保证容错和高可用 。TiKV 在 KV 层提供原生的分布式事务支持（默认快照隔离 SI），TiDB 的 SQL 执行层会将 SQL 操作转换为对 TiKV 的事务性 KV 调用
• TiFlash： TiKV 数据的列式副本引擎，用于加速分析型查询。TiFlash 与 TiKV 协同工作，自动异步地从 TiKV 同步数据并以列式格式存储 。当执行 OLAP 查询时，TiDB 可以选择访问 TiFlash 的副本来利用 列存优势，从而显著提升查询性能 。TiFlash 通常也以多副本部署，与 TiKV 保持数据最终一致
• TiCDC： TiDB 的增量数据复制工具 ，TiCDC 持续监听 TiKV 上的变更日志，将行级数据变更实时推送到下游（如另一集群、MySQL、Kafka 或对象存储等） 。TiCDC 集群 使用 PD 的 etcd 存储元信息，具有高可用性；多个 TiCDC 实例可以并行拉取不同表的变更并通过 Changefeed 机制向多个下游目标分发数据 。TiCDC 常用于跨集群容灾、双向复制以及实时 ETL 等场景

各个组件协作关系

• 客户端 → TiDB Server： 客户端通过 MySQL 协议和连接池（或代理）访问 TiDB Server 集群。负载均衡组件（如 TiProxy、HAProxy 等）将请求分发到后端的多个 TiDB 实例
• TiDB Server ↔ PD： 在执行分布式事务前，TiDB Server 从 PD 获取全局时间戳（TSO）并查询 Region 元数据；PD 则定期收集 TiKV 上报的数据分布信息，为 TiDB Server 提供数据位置、负载等元信息 。PD 还负责数据调度，当某些 Region 过热或节点故障时会下发 Region 拆分、迁移等指令
• TiDB Server ↔ TiKV/TiFlash： TiDB Server 根据优化后的执行计划，通过分布式执行框架将读写请求发往 TiKV 或 TiFlash。对于 OLTP 场景，TiDB Server 调用 TiKV 的事务性 KV 接口进行读写；对于需要加速的分析型查询，可选择访问 TiFlash 节点 。TiDB Server 通过下推计算尽量减少数据移动，只将必要的结果集返回给客户端
• PD ↔ TiKV： PD 保留集群拓扑信息（节点、Region 分布、Replica 状态等） 。TiKV 节点会周期性向 PD 上报状态；当 PD 检测到某些 Region 的负载不均或副本缺失时，会下发自动调度命令（如迁移 Raft Leader、扩增/缩减副本等），以保证数据均衡和高可用性 。TiKV 内部通过 Raft 协议在副本间复制数据，实现强一致和容错
• TiCDC ↔ TiKV/PD： TiCDC 实例订阅并拉取 TiKV 集群的 Raft 日志（Change Logs）以获取数据变更 。TiKV 会将事务变更转换为行级变更日志供 TiCDC 读取；如果 TiCDC 发现日志不连续，会主动请求缺失部分。TiCDC 将接收的日志进行排序、合并，再通过 Changefeed 分发到下游。PD 的 etcd 用于 存储 TiCDC 的任务元数据（如 Changefeed 配置、状态等），保证 TiCDC 集群的高可用与一致性