近日，企業級開源分布式數據庫廠商 PingCAP 正式發布 TiDB 7.1 版本，這也是 2023 年度發布的首個 LTS（Long Term Support） 版本，匯集了來自 20+ 個真實場景帶來的功能增強，累計優化和修復 140+ 功能，旨在提升關鍵業務的穩定性和性能，幫助開發人員和數據庫管理員提高生產力并進一步降低總體擁有成本（TCO）。用戶可在生產環境中使用 TiDB 7.1。
TiDB 半年版本回顧
TiDB 7.1 LTS 距離上一個 LTS 版本 6.5 已經過去了整半年，在這期間，PingCAP 對產品的關鍵能力做了大量的增強和優化，其中最重要的特性有：
● TiDB 7.0 提供了基于資源組的資源管控（Resource Control） ：這使得 TiDB 在針對多租戶場景有了很好的應對。事實上，經常有用戶希望借助 TiDB 的可伸縮特性將多套業務系統歸一到一個集群中，從而使得集群管理、資源利用都能得到有效的改進。資源管控特性提供了對多租戶的支持，并解決了不同租戶間資源爭搶的問題。在新版本中，用戶可以很方便地借助這個功能完善數據庫整合的使用場景。
● Multi-RocksDB 特性 ：借助將單一 TiKV 實例中的 RocksDB 拆成多份，TiKV 的寫吞吐提升近三倍；此外，在新架構中數據分片（Region）大小將變得更大，由此減小維護分片所帶來的開銷，減少單位存儲所需的固定 CPU 消耗，更節省成本。這使得大寫入吞吐，或者需要大量存放溫數據的 Data Serving 場景下，TiDB 的表現得到了本質的提升。
對于這些重要的重量級特性，在新版本中也將持續得到打磨和加強。這半年中，TiDB 在一些關鍵場景的性能也得到長足提升：
● 數據導入 Lightning 性能提升近 30% ；
● 真實業務測試下，Analyze Table 性能提升 42%+ ；
● 標準測試 TPC-H 和真實業務測試下，TiDB 分析能力分別提升 15% 和 25% ；
● TiCDC 針對大型單表復制性能提升可達 90%+ 。
TiDB 7.1 功能特性
TiDB 7.1 是PingCAP 計劃在 2023 年發布的兩個長期可支持（LTS）版本中的第一個，它提供了一個面向未來的數據庫，可以為各種關鍵業務應用程序提供動力。TiDB 7.1 將為用戶帶來以下特性：
● 更穩定地支持關鍵業務負載 ，為 DBA 提供多工作負載穩定性控制，并顯著改善尾部延遲；
● 以更少的資源提供更佳的性能 ，通過架構增強實現更高的吞吐以及更快的在線 DDL。
此外，TiDB 7.1 企業版增強了數據庫審計功能，通過更細粒度的事件過濾控制、更友好的過濾條件設置方式、新增的 JSON 文件輸出格式以及審計日志的生命周期管理，大幅提升系統的審計能力。
2.1 更穩定地支持關鍵業務負載
2.1.1 通過資源組改進資源管控的用戶體驗，提供更好的隔離性
PingCAP 在 TiDB 7.0 中增加了通過資源組進行資源管控的功能，為 TiDB database consolidation （數據庫整合）方案奠定了基礎，具有里程碑的意義。多個業務可共享同一個 TiDB 集群，DBA 可為不同的工作負載設置資源配額和優先級，例如為關鍵業務分配更高的優先級，確保其能夠優先獲得資源，避免受到其他工作負載的干擾。
在 TiDB 7.1 中，資源管控特性正式 GA 了，并加入了兩個特性增強：
● 降低了在重寫入密集型工作負載中出現的尾延遲：資源組通過資源配額和優先級控制工作負載。優先級由存儲級別控制。當工作負載寫入繁重時，基于優先級重新調度機制有時會造成更高的尾延遲（Tail Latency）。在 7.1 版本中，尾延遲被修正到預期水準。
● 增加原生負載校準工具，幫助用戶設置更準確的資源資源分配：資源分配的基礎是用戶對負載的資源使用量有所了解。新增的校準工具將很好的幫助您評估相關信息，以合理配置資源組。最快的方法是從 SQL 接口運行校準命令來估計基準測試（如 TPC-C 和 sysbench）的資源使用情況。
2.1.2 多個熱點場景下性能和穩定性提升
對 TiDB 的底層行存儲 TiKV 有三個關鍵增強，以降低延遲提升穩定性（通過 p99 延遲衡量）。新版本引入了三項優化，分別針對三個級別熱點進行處理：Key 級別、分片（Region）級別和節點級別：
● Key 級熱點：鎖沖突優化
● Region 級熱點：TiKV 子任務的批處理化
● 節點級熱點：引入了基于負載的副本讀取
鎖沖突優化（GA）
TiDB 引入了處理 Key 級熱點的優化。在遇到許多單點悲觀鎖沖突的負載中，喚醒等待請求的算法在新版本中將表現得更穩定，最大限度地減少了重試的資源浪費，從而節省了整個集群的資源并降低了尾延遲。測試表明，當啟用鎖沖突優化時，如果吞吐量相對較小，即使在沖突最嚴重的工作負載中，新版本的尾延遲也將降低 40-60%。
批處理 TiKV 子任務（GA）
選擇性較差的查詢可能會導致需要讀取許多數據。在 TiDB 的分布式存算分離架構中，這樣的查詢可能會帶來數萬或數十萬個 RPC 請求用于獲取數據，如果使用索引讀取則將更進一步加重這一負擔。
TiDB 服務器作為 TiKV 客戶端，現在可以識別針對同一分片的批處理任務，并將這些批量發送到對應的存儲節點。這大大減少了網絡的 RPC 開銷，使得這些查詢更穩定。這個增強可以將相應場景中的延遲減少多達 50%。
基于負載的副本讀取（GA）
這個特性用于優化節點級讀熱點。當大批量查詢以不均勻的方式發起讀取，可能會出現節點熱點。注入 Index Lookup JOIN 這類常見的事情都可能會導致這種情況。一旦發生，讀取請求會排隊，當隊列塞滿時，一些請求可能會等待相當長時間。PingCAP 希望通過更均勻地分配工作來減少延遲。
新版本中，TiDB 引入了基于負載的副本讀取來實現這一點。它為隊列提供了一個可配置的持續時間閾值，當超過該閾值時，它會告訴 TiDB 開始優先考慮副本讀取。在讀熱點的情況下，與不打散讀熱點相比，該功能可提高讀取吞吐量 70%～200%。
有關此優化的更多信息，請參閱文檔 ( https://docs.pingcap.com/tidb/dev/troubleshoot-hot-spot-issues#scatter-read-hotspots )。
2.2 更少的資源，更佳的性能
TiDB 7.1 提升了 TiDB 讀、寫以及管理操作的性能，以提供更好的用戶體驗。新版本中，TiDB 增加了多值索引以提供對 JSON 的查詢效率。此外，在寫入吞吐、分析查詢速度和后臺任務效率方面也進行了大量的改進和優化。
2.2.1 多值索引（GA）以增加速度和靈活性
多值索引也稱為“JSON 索引”，這種新型輔助索引在 TiDB 6.6 中引入并在 7.1 中 GA。多值索引支持索引記錄到數據記錄的 N:1 映射，使得查詢可以快速檢查存儲在 JSON 數組中的特定值。
無論該數據存儲為 blob，還是郵政編碼直接存儲為 zip 數組，用戶都可以創建多值索引來定位特定郵政編碼存在于哪一行。
索引是使用表達式創建的，該表達式將 JSON 數據邏輯解析為生成列（Generated Column）和該列上的二級索引。如果用戶將 JSON 存儲為 blob，并且需要支持遍歷多層嵌套的查詢，只需創建一個索引以檢索。
有關用法和注意事項的更多詳細信息，請參閱多值索引文檔 ( https://docs.pingcap.com/tidb/dev/sql-statement-create-index/#multi-valued-index )。
2.2.2 更快的 TTL（GA）
TTL (Time to live) 在PingCAP 的 TiDB 6.5 中作為一個實驗特性進行了介紹，而在 7.1 中這個特性 GA 了。此外在新版本中，TiDB 節點可以共享 TTL 相關任務并并發執行，從而擁有了更好的性能和資源利用率。
2.2.3 延遲物化加速分析查詢（GA）
TiFlash 是 TiDB 的列式存儲引擎，在 7.1 版本中延遲物化特性 GA。當表掃描擁有高過濾性的時候，TiDB 優化器可選擇讓 TiFlash 啟用延遲物化。開啟該特性后，TiFlash 支持下推部分過濾條件到 TableScan 算子，即先掃描過濾條件相關的列數據，過濾得到符合條件的行后，再掃描這些行的其他列數據，繼續后續計算，從而減少 IO 掃描和數據處理的計算量。
此功能的影響取決于實際負載和數據分布。在某些情況下，它可以顯著減少延遲（在PingCAP 的測試中延遲最高可降低 70%）。TiDB 的查詢優化器可以決定是否使用它，默認情況下打開是安全的。
2.2.4 Multi-RocksDB 存儲引擎帶來巨大性能提升
在 TiDB 6.6 中，PingCAP 引入了對 TiKV 存儲架構的重大更改。雖然這個架構仍然是實驗性的（默認關閉，并且只能在新集群中啟用），但在這個 LTS 版本中，該特性獲得重大加強，并在預生產環境中收到了很好的測試反饋。
在 TiDB 6.6 之前，單一 TiKV 節點所有 Region 共享一個 RockDB 存儲引擎。新架構則將不同 Region 分別存放在不同 RocksDB。新架構的好處是顯著的：
● 減少 RocksDB 對應的 LSM 負擔，增加了吞吐量，測試結果顯示寫入吞吐量 增加了 200% 。
● 使用不同 RocksDB 也會 減少 Compaction 帶來的寫放大，降低資源消耗。
● 更好的寫入吞吐使集群的擴展 速度提高 500% 。
● 在測試一些真實的客戶工作負載時，PingCAP 觀察到尾部延遲 減少了近 50% 。
● 更小的單位存儲消耗，使得集群可擴展性進一步增強。
在 TiDB 7.1 中，PingCAP 進一步提高了該特性的性能和穩定性，并添加了網絡帶寬優化。當前仍然缺失的是 TiCDC、BR 等生態工具的支持，當這些完成后PingCAP 將宣布這個特性 GA。
有關更多詳細信息，請參閱產品文檔 ( https://docs.pingcap.com/tidb/dev/partitioned-raft-kv )。
2.2.5 Online DDL 的大幅提升（實驗特性）
在 TiDB 7.1 中，類似于前述 TTL 改進，PingCAP 引入了跨 TiDB 節點分配 DDL 作業的框架，以進一步提高性能。
更多 TiDB 7.1 版本新功能，請查閱 TiDB 官網 Release Notes ， 立即 下載試用 ，開啟 TiDB 體驗之旅。
