本文為您介紹PolarDB-X的主要技術原理。
分布式線性擴充
PolarDB-X將資料表以水平資料分割的方式，分布在多個儲存節點（DN）中。資料分區方式由分區函數決定，PolarDB-X支援雜湊（Hash）、範圍（Range）等常用的分區函數。
以下圖為例，shop庫中的orders表根據每行資料的ID屬性的雜湊，被分區水平切分成orders_00～orders_11共計12個分區，均勻分布在4個儲存節點上。對於使用者來說，通常無需關心具體的資料分布，PolarDB-X的分布式SQL層將會自動完成查詢路由、結果合并等。
擴容遷移
隨著業務的增長，資料量越來越大，往往需要添加更多的儲存節點以承載更多的資料。當新的儲存節點加入執行個體時，PolarDB-X將自動觸發擴容任務，將資料進行重新平衡（Rebalance）。
以下圖為例，orders表原本分布在4個儲存節點上。使用者進行擴容後，執行個體的儲存節點數量從4個增加到6個，觸發PolarDB-X的重新平衡任務，將部分資料分區從舊節點移動到新節點上。這一過程在後台利用空閑資源完成，對業務線上流量無影響。
高可用與容災
在生產環境部署資料庫時往往會搭建多個副本（Replica），保證資料庫執行個體的高可用性以及資料的持久性。為了保證副本間的強一致性，現代資料庫往往採用以Paxos演算法為代表的多數派複製協議，它要求執行個體中至少存在3個節點，每次寫入都要獲得超過半數節點的確認，即便其中1個節點宕機執行個體也仍然能正常提供服務。PolarDB-X採用X-Paxos複製協議，X-Paxos是阿里巴巴自研的Paxos協議實現，在功能、效能上都做了大量最佳化，且經歷了數十載的雙十一考驗，穩定可靠。
基於Paxos複製協議，PolarDB-X可以部署到多個機房中，以實現機房級容災。常見的部署方式有同城三機房、兩地三中心等，其中後者主要應用在混合雲部署中。由於Paxos協議的特性，通常三個機房中有一個主機房負責對外提供服務。
分散式交易
PolarDB-X原生支援分散式交易，並保證事務的ACID性質——原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability）。
PolarDB-X通過引入中心授時節點（TSO），結合多版本並發控制（MVCC），保證讀取到的一定是一致的快照，而不會讀到轉賬事務的中間狀態。如下圖所示，提交事務時，計算節點（CN）執行事務時從TSO 擷取到時間戳記，隨著資料一同提交到儲存節點 （DN）多版本儲存引擎上。讀取時，如果查詢操作的資料涉及多個分區，PolarDB-X首先會擷取全域時鐘作為讀取版本，對每行資料的MVCC多版本進行可見度判斷，確保讀到全域一致的資料版本。
分散式交易也是許多分布式特性的基礎，例如：對於讀寫分離，資料的事務多版本資訊也會被同步到 Learner副本，保證讀唯讀執行個體不會因為同步延遲讀到到期資料；BinlogLog Service中，通過時間戳記保證分散式交易順序；任意時間點的資料恢複（PITR，point-in-time recovery）中，利用分散式交易時間戳記，能夠精準找到相應時間的、全域一致的資料版本。
集中式與分布式一體化
PolarDB-X支援集中式和分布式一體化架構，簡稱集分一體化。
面向集分一體化架構，PolarDB-X兼具分散式資料庫的擴充性和集中式資料庫的功能和單機效能，兩種形態可以無縫切換。在集分一體化資料庫中，儲存節點被獨立出來作為集中式形態，完全相容單機資料庫形態。當業務增長到需要分布式擴充的時候，架構會原地升級成分布式形態，分布式組件無縫對接到原有的儲存節點上進行擴充，不需要資料移轉，也不需要應用側做改造。
適配集分一體化，PolarDB-X的產品主售形態主要分為標準版（集中式形態）和企業版（分布式形態），支援標準版原地升級分布式。
HTAP一體化
PolarDB-X是一款支援 HTAP (Hybrid Transaction/Analytical Processing) 的資料庫：在支援高並發、事務性請求的同時，也對分析型的複雜查詢提供了良好的支援。分析型查詢指的是涉及資料量較大、計算比較複雜的查詢，例如對一定時間區間內的資料進行彙總。相比於業務中常見的簡單查詢，這類查詢往往要執行數秒甚至數分鐘，需要消耗較多的計算資源。
為了加速複雜分析型查詢，PolarDB-X引入列存索引的技術，結合向量化運算元提供更好的分析加速能力。
MySQL生態相容
PolarDB-X將相容MySQL以及周邊生態作為核心設計目標之一。本文從SQL文法、事務行為、匯入匯出等角度總結了相容性相關特性，詳細內容請參見MySQL相容性。
PolarDB-X通訊協議相容MySQL協議，可以使用常見的MySQL用戶端直接連接到PolarDB-X執行個體，包括 JDBC Driver、ODBC Driver、Golang Driver等。相容MySQL SSL、Prepare、Load等傳輸協議。
PolarDB-X相容MySQL的各種DML、DAL、DDL文法，包括：
相容絕大部分MySQL函數（包括JSON函數、加密解密函數等）。
相容MySQL 8.0的視圖、CTE、視窗函數、分析函數等。
支援MySQL的各種資料類型，包括支援類型精度（比如時間戳記、Decimal 類型）。
相容常見的MySQL字串Charset及Collation。
相容絕大部分
information_schema視圖。
另外，PolarDB-X相容 MySQL Binlog 複製協議。使用者可以將PolarDB-X叢集看作一個普通的MySQL 節點，將其他MySQL節點作為PolarDB-X的同步源端或目標端。PolarDB-X的Binlog格式和MySQL原生格式一致，因此也可以用於CDC情境，例如利用canal等將PolarDB-X的寫入資料同步到其他儲存中。