良好的数据库设计对确保数据的准确性、一致性和完整性至关重要，同时确保数据库高效、可靠且易于使用。设计必须解决快速且轻松地存储和检索数据的问题，同时稳定地处理大量数据。经验丰富的数据库设计师可以创建一个强大、可扩展和安全的数据库架构，以满足现代数据系统的需求。
架构与设计
针对微服务和云原生应用的现代数据架构涉及多个层级，每个层级都有其自己的组件和首选技术。通常，基础层被构建为存储层，包括一个或多个数据库，如SQL、NoSQL或NewSQL。此层负责数据的存储、检索和管理，包括索引、查询和事务管理等任务。
为了增强这种架构，最好设计一个位于存储层之上但位于服务层之下的数据访问层。这个数据访问层利用像对象关系映射或数据访问对象这样的技术来简化数据检索和操作。最后，在最顶层是展示层，信息在此巧妙地呈现给最终用户。有效地将数据通过应用的各层传输，并将其作为有意义的信息呈现给用户，在现代数据架构中是至关重要的。
我们的目标是设计一个可扩展的数据库，它能够处理高流量和大量数据，同时最大限度地减少停机时间和性能问题。通过遵循最佳实践并解决一些挑战，我们可以满足不同应用程序对今天的现代数据架构的需求。
图 1：分层架构
考虑因素
在为企业级使用设计数据库时，考虑以下因素可以创建一个强大且高效的系统，满足组织的特定需求，同时确保数据的完整性、可用性、安全性和可扩展性。
一个重要的考虑因素是将存储在数据库中的数据。这涉及到评估数据的格式、大小、复杂性和数据实体之间的关系。不同类型的数据可能需要特定的存储结构和数据模型。例如，事务数据通常适合关系数据库模型，而像图像或视频这样的非结构化数据可能需要NoSQL数据库模型。
数据检索或访问的频率在确定设计考虑因素中起到了重要作用。在读取密集的系统中，为经常访问的数据实施缓存可以增强查询响应时间。相反，在数据仓库场景中，强调的可能是较低的数据检索频率。可以采用如索引、缓存和分区等技术来优化查询性能。
确保数据库的可用性对于维持最佳应用性能至关重要。常用的技术，如复制、负载均衡和故障切换，用于实现高可用性。此外，有一个强大的灾难恢复计划为整个数据库系统增加了额外的保护层。
随着数据量的增长，数据库系统必须能够处理增加的负载，而不影响性能。采用像分区、切片和集群等技术可以在数据库系统内实现有效的可扩展性。这些方法使得可以在多个服务器或节点之间高效分配数据和工作负载。
考虑到欺诈和数据泄露的日益增加，数据安全在现代数据库设计中是一个关键的考虑因素。实施强大的访问控制、对敏感的个人身份信息的加密机制以及进行定期审计，对增强数据库系统的安全性至关重要。
在事务密集的系统中，维持事务数据的一致性至关重要。许多数据库提供了适当的锁机制和事务隔离级别等功能，以确保数据的完整性和一致性。这些功能有助于防止并发数据修改和不一致等问题。
挑战
由于数据库领域的快速增长和不断变化，确定最适合我们数据库需求的工具或技术可能会成为一个挑战。每天都有不同类型的数据库应运而生，甚至在提供相同类型数据库的供应商之间也存在差异，因此基于您的特定用例和需求仔细计划至关重要。
通过深入理解我们的需求并研究可用选项，我们可以确定具有适当功能的正确工具，以有效满足我们的数据库需求。
多言语持久性（Polyglot Persistence）是由某些应用的需求引起的考虑因素，从而导致使用多个SQL或NoSQL数据库。为事务性系统选择正确的数据库、确保数据一致性、处理财务数据以及适应高数据量都是挑战。仔细考虑选择能够满足每个方面特定要求的适当数据库，同时保持整个系统的完整性，是必要的。
从每个具有自己的结构和容量的不同上游系统中整合数据，这呈现了一个重大的挑战。目标是通过有效地协调和整合数据来实现单一数据来源的真理。这个过程需要全面的规划，以确保兼容性，并为整合解决方案提供未来的证明，以适应潜在的变化和更新。
性能是应用程序和数据库系统中持续存在的问题。数据库系统的每次添加都可能影响性能。为了解决性能问题，重要的是在添加、管理和清除数据时遵循最佳实践，以及适当地进行索引、分区和实施加密技术。通过采用这些做法，您可以减轻性能瓶颈，优化数据库系统的整体性能。
考虑这些因素将有助于做出明智的决定，为您的特定需求设计一个高效和有效的数据库系统。
构建架构的建议
更好的数据库设计的目标应包括效率、可扩展性、安全性和合规性。在下表中，每个目标都伴随着相应的行业期望，突显了在设计数据库以实现最佳性能、可扩展性、安全性和合规性时应考虑的关键方面。
| 目标 | 行业期望 |
| 效率 | 数据库系统的最佳性能和响应能力，最小化延迟并最大化吞吐量。高效处理数据操作、查询和事务。 |
| 可扩展性 | 能够处理增加的数据量、用户负载和并发事务而不牺牲性能。可扩展的架构允许水平或垂直扩展以适应增长。 |
| 安全 | 强健的安全措施，以防止未经授权的访问、数据泄露和其他安全威胁。实施访问控制、加密、审计机制，并遵守行业最佳实践和合规规定。 |
| 合规 | 遵守相关行业规定、标准和法律要求。确保数据隐私、机密性和完整性。实施数据治理实践并保持审计跟踪以证明合规。 |
数据库设计目标
在构建数据库架构时，重要的是要考虑几个关键因素，以确保设计是有效的，并满足您的特定需求。首先明确系统的目的、数据类型、容量、访问模式和性能期望。考虑明确的要求，对存储的数据和数据实体之间的关系提供清晰。这将帮助确保数据库设计符合质量标准并符合您的要求。
也要考虑归一化，它通过最小化冗余数据来实现高效的存储使用，通过强制一致性和可靠性来提高数据完整性，并促进更容易的维护和更新。
选择正确的数据库模型或选择支持多种持久性的重要性至关重要，以确保数据库符合您的特定需求。这个决定应基于您的应用程序和它处理的数据的要求。
为未来的增长做规划是必要的，以适应增加的需求。考虑可扩展性选项，使您的数据库能够处理增长的数据量和用户负载而不牺牲性能。与增长一起，通过实施行业标准的安全建议并确保适当的访问级别到位，鼓励实施IT安全措施来保护数据库免受未经授权的访问、数据盗窃和安全威胁。
良好的备份系统是良好设计的数据库效率的证明。定期备份和数据同步，无论是现场还是离线，都提供了对数据丢失或损坏的保护，保障了您的宝贵信息。为验证您的数据库设计的有效性，使用来自实际场景的样本数据测试模型。这个测试过程将有助于验证您正在使用的数据库系统的性能、可靠性和功能，确保它符合您的期望。
良好的文档实践在改善反馈系统和验证设计和评审阶段的思维过程和实施中起着至关重要的作用。持续改进文档将有助于未来的维护、故障排除和系统增强工作。
主键和辅助键有助于数据完整性和一致性。通过为经常查询的字段创建索引并限制查询中返回的字段数量来优化数据库性能。定期备份数据库可以在数据损坏、系统故障或其他不可预见的情况下防止数据丢失。
数据归档和清除实践有助于删除不常访问的数据，减少活动数据集的大小。适当的错误处理和记录有助于调试、故障排除和系统维护。定期维护对于不断增长的数据库系统至关重要。计划和安排定期备份，执行性能调优，并保持软件升级的最新状态，以确保数据库的最佳性能和稳定性。
结论
设计能够应对当今数字世界日益增长的需求的现代数据架构并非易事。然而，如果您遵循最佳实践并利用最新的技术和方法，完全有可能构建一个可扩展、灵活和安全的数据库。这只需要正确的心态和您对学习和改进的承诺，以及一个适当的反馈循环。
作者：Manas Dash
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