多租户系统设计

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SaaS 的系统分级

SaaS 系统架构成熟度模型的 5 个级别——从“混乱”到“乌托邦“

  • 第 0 级(混乱):每次新增一个客户,都会新增软件的一个实例。
  • 第 1 级(受控的混乱):所有客户都运行在软件的同一个版本上,而且任何的定制化都通过修改配置来实现。
  • 第 2 级(多租户 [multi-tenant]、高层建筑 [Highrise]):所有的客户都已经可以在软件的同一个版本上运行了,而且他们都在同一个“实例”上运行。
  • 第 3 级(多租户, 扩建 [Build-Out]):此时你已经拥有了多租户、单一版本的软件模型。不过你还是可以通过硬件扩展(scale-out)的方式来进行扩充。
  • 第 4 级(乌托邦):如同第 3 级,除非你可以找出有效的方式,以在不同的“实例”上运行不同版本的软件。

应用程序必须支持多租户:

多租户可以分为几个不同的类别:

  • 云中的简单虚拟化,其中只对硬件进行共享。
  • 共享应用程序,对每个租户使用不同的数据库。
  • 共享应用程序和数据库(效率最高,真正的多租户)。

我们要实现的也即效率最高的,真正的多租户业务模型。但选择是有个筛选的过程的,下面分别介绍下各种多租户的数据隔离方案。

独立应用独立库

多个不同的应用,每个应用都有自己的数据库。这种方式虽然保证了租户数据的隔离,但无论是在扩展性和成本上都是最差的,故首先淘汰这种方式。

同一个应用程序,每个租户一个库

优点是

  • 租户数据在数据库维护物理上隔离了,
  • 由于是每个租户一个库可以在库表设计上做单独扩展,但这也引起了应用程序的兼容问题

缺点是数据库维护成本和高,(举例:在相同数据结构的情况下,增加表中的列或索引,需要操作多个库)开发成本也高。

同一个应用程序,同一个数据库

缺点:多租户数据库必然会牺牲租户隔离。多个租户的数据一起存储在一个数据库中。在开发过程中,确保查询不会暴露来自多个租户的数据。

优点:是所有方案中成本最低的。

分片多租户

分片多租户即:多租户的单应用+支持多租户的单数据库(分片)

看起来是不是跟第一个图中:同一个应用程序,每个租户一个库模式差不多,只不过每个库多了几个租户数据?

其实是大不相同的。

首先,第一种模式中不同租户的库是可以分别扩展的,也就是结构可以不一样,但分片多租户的是同一种数据结构。

其次,分片模式的扩展性很强,它可以是一个分片一个租户,也可以是一个分片多个租户,具体要看具体的分片策略。

来看下分片模式下具体的指标情况:

指标分片多租户
可扩展性无限 1-1000000s
租户隔离性中等
每一个租户的数据库成本最低
性能监控和管理综合和单个(偏综合)
开发复杂度中等
运维复杂度从低到高,单租户的管理比较复杂

我们的模型选择

基于以上的分析,我们选择采用分片多租户的模型,因为这样可以获得无限的扩展能力,且对租户数据的隔离性也比较好。

这样的话数据库结构就是统一的,不同分片是同一库表结构。而具体分库规则是可以配置的,建议前期按照 一租户一库 的策略配置。

开发实践

  • 每一个表的设计都应该考虑是否要加入 “租户 ID”字段,用来区别不同“租户”,或者不同客户,另外,也方便后面用“租房 ID”作为 分片键

  • 我们将引入 ShardingSphere 帮我们做数据库的分库分表,对于应用来说是相对透明的,减少应用开发在数据库层面由于引入分库分表的复杂度。

  • 我们利用分片规则对数据进行分片,比如根据租户 ID,配置分库分表规则

# 配置分片规则
- !SHARDING
  tables:
    # 配置 t_order 表规则
    t_order: 
      actualDataNodes: ds${0..1}.t_order${0..1}
      # 配置分库策略
      databaseStrategy:
        standard:
          shardingColumn: user_id
          shardingAlgorithmName: database_inline
      # 配置分表策略
      tableStrategy:
        standard:
          shardingColumn: order_id
          shardingAlgorithmName: table_inline
    t_order_item: 
    # 省略配置 t_order_item 表规则。..
    # ...
    
  # 配置分片算法
  shardingAlgorithms:
    database_inline:
      type: INLINE
      props:
        algorithm-expression: ds${user_id % 2}
    table_inline:
      type: INLINE
      props:
        algorithm-expression: t_order_${order_id % 2}
复制代码
  • 当数据库表结构有变更的时候(DDL),通过 ShardingProxy 进行代理修改,ShardingProxy 会按照分库分表规则进行多库表的自动修改。

元数据/配置驱动

一个好的 SaaS 解决方案应该是高效的多租户。可以使用每个租户的元数据来实现多租户。可以为每个特定组件定义元数据。它定义了运行时的应用程序数据、应用程序的基础功能,以及特定租户的数据和自定义(如果有的话)。

具体来说比如我们对多租户系统的 RBAC 权限配置管理,就是元数据配置。可以参考:

参考

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