微信 SQLite 數(shù)據(jù)庫修復(fù)實踐

　　眾所周知，微信在后臺服務(wù)器不保存聊天記錄，微信在移動客戶端所有的聊天記錄都存儲在一個 SQLite 數(shù)據(jù)庫中，一旦這個數(shù)據(jù)庫損壞，將會丟失用戶多年的聊天記錄。而我們監(jiān)控到現(xiàn)網(wǎng)的損壞率是0.02%，也就是每 1w 個用戶就有 2 個會遇到數(shù)據(jù)庫損壞。考慮到微信這么龐大的用戶基數(shù)，這個損壞率就很嚴(yán)重了。更嚴(yán)重的是我們用的官方修復(fù)算法，修復(fù)成功率只有 30%。損壞率高，修復(fù)率低，這兩個問題都需要我們著手解決。

　　我們首先來看 SQLite 損壞的原因，SQLite官網(wǎng)(http://www.sqlite.org/howtocorrupt.html)上列出以下幾點：

　　文件錯寫

　　文件鎖 bug

　　文件 sync 失敗

　　設(shè)備損壞

　　內(nèi)存覆蓋

　　操作系統(tǒng) bug

　　SQLite bug

　　但是我們通過收集到的大量案例和日志，分析出實際上移動端數(shù)據(jù)庫損壞的真正原因其實就3個：

　　空間不足

　　設(shè)備斷電

　　文件 sync 失敗

　　我們需要針對這些原因一一進(jìn)行優(yōu)化。

　　首先我們來優(yōu)化微信的空間占用問題。在這之前微信的部分業(yè)務(wù)也做了空間清理，例如朋友圈會自動刪除7天前緩存的圖片。但是總的來說對文件空間的使用缺乏一個全局把控，全靠各個業(yè)務(wù)自覺。南京數(shù)據(jù)恢復(fù)我們需要做得更積極主動，要讓開發(fā)人員意識到用戶的存儲空間是寶貴的。我們采取以下措施：

　　業(yè)務(wù)文件先申請后使用，如果某個文件沒有申請就使用了，會被自動掃描出來并刪除；

　　每個業(yè)務(wù)文件都要申明有效期，是一天、一個星期、一個月還是永久存儲；

　　過期文件會被自動清理。

　　對于微信之外的空間占用，例如相冊、視頻、其他App的空間占用，微信本身是做不了什么事情的，我們可以提示用戶進(jìn)行空間清理：

　　2.2.1、synchronous = FULL

　　設(shè)置SQLite的文件同步機制為全同步，亦即要求每個事物的寫操作是真的flush到文件里去。2.2.1、fullfsync = 1

　　通過與蘋果工程師的交流，我們發(fā)現(xiàn)在 iOS 平臺下還有 fullfsync (https://www.sqlite.org/pragma.html#pragma_fullfsync) 這個選項，可以嚴(yán)格保證寫入順序跟提交順序一致。設(shè)備開發(fā)商為了測評數(shù)據(jù)好看，往往會對提交的數(shù)據(jù)進(jìn)行重排，再統(tǒng)一寫入，亦即寫入順序跟App提交的順序不一致。在某些情況下，例如斷電，就可能導(dǎo)致寫入文件不一致的情況，導(dǎo)致文件損壞。

　　多管齊下之后，我們成功將損壞率降低了一半多；DB損壞還是無法完全避免，我們還是得提高修復(fù)成功率。

　　首先我們來看 SQLite 的架構(gòu)。SQLite 使用 B+樹 存儲一個表，整個 SQLite 數(shù)據(jù)庫就是這些 B+樹 組成的森林。對于每個表的元數(shù)據(jù)（表名、根節(jié)點地址、表 scheme 等），都記錄在一個叫 sql_master 的表中。這個 sql_master 表(下簡稱 master 表) 本身也是一個 B+樹 存儲的普通表。

　　官方修復(fù)算法是這樣一個流程：從 master 表中讀出一個個表的信息，根據(jù)根節(jié)點地址和創(chuàng)表語句來 select 出表里的數(shù)據(jù)，能 select 多少是多少，然后插入到一個新 DB 中。要注意的是 master 表他本身也是一個 B+樹 形式的普通表，DB 第0頁就是他的根節(jié)點。那么只要 master 表某個節(jié)點損壞，這個節(jié)點下面記錄的表就都恢復(fù)不了。更壞的情況是 DB 第0頁損壞，那么整個 master 表都讀不出來，就導(dǎo)致整個DB都恢復(fù)失敗。這就是官方修復(fù)算法成功率這么低的原因，太依賴 master 表了。

　　那么最自然的想法，自然是另外備份一份 master 表了，也不需要用B+樹，直接用數(shù)組序列化存儲就好。我們只需要每隔一段時間輪詢 master 表，看看最近有沒有增刪 table，有的話就全量備份。3.3.1、備份時機

　　這里有個擔(dān)憂，就是普通數(shù)據(jù)表的插入會不會導(dǎo)致表的根節(jié)點發(fā)生變化，也就是說 master 表會不會頻繁變化，如果變化很頻繁的話，我們就不能簡單地進(jìn)行輪詢方案了。通過分析源碼，我們發(fā)現(xiàn) SQLite 里面 B+樹 算法的實現(xiàn)是 向下分裂 的，也就是說當(dāng)一個葉子頁滿了需要分裂時，原來的葉子頁會成為內(nèi)部節(jié)點，然后新申請兩個頁作為他的葉子頁。這就保證了根節(jié)點一旦定下來，是再也不會變動的。實際的代碼調(diào)試也證實了我們這個推論。所以說 master 表只會在新創(chuàng)建表或者刪除一個表時才會發(fā)生變化，我們完全可以采用定時輪詢方案。3.3.2、備份文件有效性

　　接下來的難題是既然 DB 可以損壞，那么這個備份文件也會損壞，怎么辦呢？我們采用了 雙備份 的機制。具體來說就是會有新舊兩個備份文件，每個文件頭都加上 CRC 校驗；每次備份時，從兩個備份文件中選出一個進(jìn)行覆蓋。具體怎么選呢？優(yōu)先選損壞那個備份文件，如果兩個都有效，那么就選相對較舊的。這就保證了即使本次寫入導(dǎo)致文件損壞，還有另外一份備份可以用。這個做法跟 Realm 標(biāo)榜的 MVCC（多版本并發(fā)控制）的做法有異曲同工之妙，相當(dāng)于確認(rèn)新寫入的文件有效之后，才使用新寫入的文件，否則還是繼續(xù)用舊的有效的文件。鎮(zhèn)江數(shù)據(jù)恢復(fù)

　　前面提到 DB 損壞的一個常見場景是空間不足，這種情況下還要分配文件空間給備份文件也是會失敗的。為了解決這個問題，我們采取 預(yù)先分配空間 的做法，初始值是 32K，大約可存 750 個表的元信息，后續(xù)則按照32K的倍數(shù)進(jìn)行增長。

　　通過備份 master 表，我們成功將修復(fù)成功率提高了一倍多。

　　通過這些優(yōu)化，我們提高了微信聊天記錄存儲的可靠性。這些優(yōu)化實踐，會同之前在并發(fā)性能方面的優(yōu)化實踐（微信iOS SQLite源碼優(yōu)化實踐），將會合并到微信即將開源的 WCDB（WeChat Database）組件中。我們正在進(jìn)行緊張的代碼整理工作，爭取在 2017 年年中開源 WCDB。