东北大学分布式数据库资源：课件解析与真题实战指南

一、东北大学分布式数据库课件体系解析

东北大学分布式数据库课程以”理论-实践-创新”为主线构建课件体系，涵盖基础理论、核心技术、系统设计与前沿应用四大模块。

1.1 基础理论模块

课件以CAP定理为核心展开，通过数学推导证明一致性(Consistency)、可用性(Availability)与分区容错性(Partition Tolerance)的不可兼得性。例如，在讲解两阶段提交协议(2PC)时，课件采用状态转换图详细展示协调者与参与者的交互过程：

协调者状态机：
初始 -> 准备中(发送PREPARE) -> 提交中(收到ALL_YES) -> 已提交
                       -> 回滚中(收到ANY_NO) -> 已回滚
参与者状态机：
初始 -> 已准备(收到PREPARE) -> 已提交(收到COMMIT)
                       -> 已回滚(收到ABORT)

通过这种可视化方式，学生可直观理解分布式事务处理中的阻塞问题。

1.2 核心技术模块

课件深入解析Paxos与Raft共识算法的实现细节。在Raft算法部分，特别设计领导者选举的模拟实验：

class RaftNode:
    def __init__(self, node_id):
        self.node_id = node_id
        self.current_term = 0
        self.voted_for = None
        self.election_timeout = random.uniform(150, 300)  # ms
    def start_election(self):
        self.current_term += 1
        self.voted_for = self.node_id
        # 发送RequestVote RPC
        votes_received = 1  # 自己投自己
        # ... 模拟选举过程 ...

通过代码模拟，学生可掌握术语如”任期(Term)”、”选举超时(Election Timeout)”的实际运作机制。

1.3 系统设计模块

课件提供分布式数据库架构设计案例，如基于ShardingSphere的分库分表方案。在数据分片策略部分，详细对比哈希分片与范围分片的优劣：
| 分片策略 | 优点 | 缺点 |
|——————|—————————————|—————————————|
| 哈希分片 | 数据分布均匀 | 范围查询效率低 |
| 范围分片 | 范围查询高效 | 可能导致数据倾斜 |

二、东北大学分布式数据库真题解析

近五年真题显示，考试重点集中在分布式事务、副本控制与故障恢复三大领域。

2.1 分布式事务处理真题

2022年真题要求分析TCC(Try-Confirm-Cancel)模式与SAGA模式的适用场景。典型解答框架如下：

1. TCC模式：

   • 适用场景：强一致性要求的短事务
   • 实现要点：需实现Try/Confirm/Cancel三个接口
   • 示例：支付系统资金冻结

2. SAGA模式：

   • 适用场景：长事务或跨服务调用
   • 实现要点：需定义补偿操作
   • 示例：订单全流程(创建订单->扣减库存->支付)

2.2 副本控制真题

2021年真题考察Quorum一致性协议的应用。解答关键点包括：

• 读写Quorum计算：W + R > N (N为副本数)
• 实际应用：AWS DynamoDB的W=3, R=2配置

• 代码示例：

  public class QuorumSystem {
    private int N;  // 副本总数
    private int W;  // 写成功阈值
    private int R;  // 读成功阈值
    public boolean isConsistent(int writes, int reads) {
        return writes >= W && reads >= R && (writes + reads) > N;
    }
  }

2.3 故障恢复真题

2020年真题要求设计分布式数据库的脑裂(Split-Brain)解决方案。标准解答包含：

1. 租约机制(Lease)：主节点定期续约
2. 见证节点(Witness)：第三方仲裁
3. 实施示例：

   if current_time > lease_expiry_time:
    demote_to_follower()
    request_new_lease_from_witness()

三、学习策略与实战建议

3.1 课件学习三步法

1. 概念溯源：对每个术语追溯其数学基础，如从拜占庭将军问题理解分布式共识
2. 对比学习：建立技术对比表，如比较Gossip协议与MWMR寄存器的差异
3. 动手实践：使用Docker搭建分布式环境，推荐配置：

   version: '3'
   services:
   node1:
    image: mysql:8.0
    command: --server-id=1 --log-bin=mysql-bin
   node2:
    image: mysql:8.0
    command: --server-id=2 --log-bin=mysql-bin
   proxy:
    image: proxysql:2.0
    ports:
      - "6033:6033"

3.2 真题应对技巧

1. 命题规律：近三年真题中，分布式事务题占比42%，副本控制题占31%

2. 答题模板：

   • 问题定义：明确问题边界
   • 理论依据：引用CAP定理或FLP不可能结果
   • 方案设计：给出伪代码或流程图
   • 复杂度分析：时间/空间复杂度

3. 时间管理：建议按40-30-30分配时间，即概念题40分钟，设计题30分钟，计算题30分钟

3.3 前沿技术拓展

建议关注以下研究方向：

1. NewSQL方向：TiDB的乐观事务模型
2. 边缘计算：分布式数据库在IoT场景的应用
3. AI融合：基于强化学习的副本放置策略

四、资源获取指南

1. 官方渠道：东北大学MOOC平台提供完整课件下载
2. 学术交流：加入DBA俱乐部获取历年真题解析
3. 开源实践：推荐项目：
   • CockroachDB：分布式SQL数据库
   • etcd：高可用键值存储

通过系统学习课件内容与针对性练习真题，学习者可构建完整的分布式数据库知识体系。建议每周投入10小时进行理论学习与实践操作，重点突破分布式事务处理与副本一致性这两个核心考点。实际开发中，可参考课件中的设计模式解决分布式锁、唯一ID生成等常见问题，提升工程实践能力。