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mysql数据库分库分表shardingjdbc

时间:2019-02-22 10:27:47      阅读:408      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:实践   分页   问题   用户id   res   简单   基于   int   执行   

分库分表理解 

  分库分表应用于互联网的两个场景;大量数据和高并发,通常策略有两种:垂直分库,水平拆分

  垂直拆分:是根据业务将一个库拆分为多个库,将一个表拆分为多个表,例如:将不常用的字段和经常访问的字段分开存放,在实际开发由于跟业务关系紧密,所以一般采用水平拆分。

  水平拆分:则是根据分片算法讲一个库拆分为多个库,来进行维护,与垂直拆分不同,水平拆分是按照一定的规则进行拆分,将不同的数据拆分至不同的物理库。

  关系型数据库在大于一定数据量的情况下检索性能会急剧下降。在面对互联网海量数据情况时,所有数据都存于一张表,显然会轻易超过数据库表可承受的数据量阀值。这个单表可承受的数据量阀值,需根据数据库和并发量的差异,通过实际测试获得。

  单纯的分表虽然可以解决数据量过大导致检索变慢的问题,但无法解决过多并发请求访问同一个库,导致数据库响应变慢的问题。所以通常水平拆分都至少要采用分库的方式,用于一并解决大数据量和高并发的问题。这也是部分开源的分片数据库中间件只支持分库的原因

  但分表也有不可替代的适用场景。最常见的分表需求是事务问题。同在一个库则不需考虑分布式事务,善于使用同库不同表可有效避免分布式事务带来的麻烦。目前强一致性的分布式事务由于性能问题,导致使用起来并不一定比不分库分表快。目前采用最终一致性的柔性事务居多。分表的另一个存在的理由是,过多的数据库实例不利于运维管理。综上所述,最佳实践是合理地配合使用分库+分表。

 

sharding-jdbc

  Sharding-JDBC是当当应用框架ddframe中,从关系型数据库模块dd-rdb中分离出来的数据库水平分片框架,实现透明化数据·库分库分表访问。Sharding-JDBC是继dubbox和elastic-job之后,ddframe系列开源的第3个项目。

  Sharding-JDBC直接封装JDBC API,可以理解为增强版的JDBC驱动,旧代码迁移成本几乎为零:

  • 可适用于任何基于Java的ORM框架,如JPA、Hibernate、Mybatis、Spring JDBC Template或直接使用JDBC。
  • 可基于任何第三方的数据库连接池,如DBCP、C3P0、 BoneCP、Druid等。
  • 理论上可支持任意实现JDBC规范的数据库。虽然目前仅支持MySQL,但已有支持Oracle、SQLServer等数据库的计划。

  Sharding-JDBC定位为轻量Java框架,使用客户端直连数据库,以jar包形式提供服务,无proxy代理层,无需额外部署,无其他依赖,DBA也无需改变原有的运维方式。

  Sharding-JDBC分片策略灵活,可支持等号、between、in等多维度分片,也可支持多分片键。

  SQL解析功能完善,支持聚合、分组、排序、limit、or等查询,并支持Binding Table以及笛卡尔积表查询。

 

技术图片

由图可以看出,我们只需要配置分片规则,然后关注业务就可以就可以实现数据库的分库分表,并不需要进行太多的配置

分片规则配置

Sharding-JDBC的分片逻辑非常灵活,支持分片策略自定义、复数分片键、多运算符分片等功能。

如:根据用户ID分库,根据订单ID分表这种分库分表结合的分片策略;或根据年分库,月份+用户区域ID分表这样的多片键分片。

Sharding-JDBC除了支持等号运算符进行分片,还支持in/between运算符分片,提供了更加强大的分片功能。

Sharding-JDBC提供了spring命名空间用于简化配置,以及规则引擎用于简化策略编写。由于目前刚开源分片核心逻辑,这两个模块暂未开源,待核心稳定后将会开源其他模块。

JDBC规范重写

Sharding-JDBC对JDBC规范的重写思路是针对DataSource、Connection、Statement、PreparedStatement和ResultSet五个核心接口封装,将多个真实JDBC实现类集合(如:MySQL JDBC实现/DBCP JDBC实现等)纳入Sharding-JDBC实现类管理。

Sharding-JDBC尽量最大化实现JDBC协议,包括addBatch这种在JPA中会使用的批量更新功能。但分片JDBC毕竟与原生JDBC不同,所以目前仍有未实现的接口,包括Connection游标,存储过程和savePoint相关、ResultSet向前遍历和修改等不太常用的功能。此外,为了保证兼容性,并未实现JDBC 4.1及其后发布的接口(如:DBCP 1.x版本不支持JDBC 4.1)。

SQL解析

SQL解析作为分库分表类产品的核心,性能和兼容性是最重要的衡量指标。目前常见的SQL解析器主要有fdb/jsqlparser和Druid。Sharding-JDBC使用Druid作为SQL解析器,经实际测试,Druid解析速度是另外两个解析器的几十倍。

目前Sharding-JDBC支持join、aggregation(包括avg)、order by、 group by、limit、甚至or查询等复杂SQL的解析。目前不支持union、部分子查询、函数内分片等不太应在分片场景中出现的SQL解析。

SQL改写

SQL改写分为两部分,一部分是将分表的逻辑表名称替换为真实表名称。另一部分是根据SQL解析结果替换一些在分片环境中不正确的功能。这里具两个例子:

第1个例子是avg计算。在分片的环境中,以avg1 +avg2+avg3/3计算平均值并不正确,需要改写为(sum1+sum2+sum3)/(count1+count2+ count3)。这就需要将包含avg的SQL改写为sum和count,然后再结果归并时重新计算平均值。

第2个例子是分页。假设每10条数据为一页,取第2页数据。在分片环境下获取limit 10, 10,归并之后再根据排序条件取出前10条数据是不正确的结果。正确的做法是将分条件改写为limit 0, 20,取出所有前2页数据,再结合排序条件算出正确的数据。可以看到越是靠后的Limit分页效率就会越低,也越浪费内存。有很多方法可避免使用limit进行分页,比如构建记录行记录数和行偏移量的二级索引,或使用上次分页数据结尾ID作为下次查询条件的分页方式。

SQL路由

SQL路由是根据分片规则配置,将SQL定位至真正的数据源。主要分为单表路由、Binding表路由和笛卡尔积路由。

单表路由最为简单,但路由结果不一定落入唯一库(表),因为支持根据between和in这样的操作符进行分片,所以最终结果仍然可能落入多个库(表)。

Binding表可理解为分库分表规则完全一致的主从表。举例说明:订单表和订单详情表都根据订单ID作为分片键,任意时刻分片逻辑均相同。这样的关联查询和单表查询难度和性能相当。

笛卡尔积查询最为复杂,因为无法根据Binding关系定位分片规则的一致性,所以非Binding表的关联查询需要拆解为笛卡尔积组合执行。查询性能较低,而且数据库连接数较高,需谨慎使用。

SQL执行

路由至真实数据源后,Sharding-JDBC将采用多线程并发执行SQL,并完成对addBatch等批量方法的处理。

结果归并

结果归并包括4类:普通遍历类、排序类、聚合类和分组类。每种类型都会先根据分页结果跳过不需要的数据。

普通遍历类最为简单,只需按顺序遍历ResultSet的集合即可。

排序类结果将结果先排序再输出,因为各分片结果均按照各自条件完成排序,所以采用归并排序算法整合最终结果。

聚合类分为3种类型,比较型、累加型和平均值型。比较型包括max和min,只返回最大(小)结果。累加型包括sum和count,需要将结果累加后返回。平均值则是通过SQL改写的sum和count计算,相关内容已在SQL改写涵盖,不再赘述。

分组类最为复杂,需要将所有的ResultSet结果放入内存,使用map-reduce算法分组,最后根据排序和聚合条件做相关处理。最消耗内存,最损失性能的部分即是此,可以考虑使用limit合理的限制分组数据大小。

结果归并部分目前并未采用管道解析的方式,之后会针对这里做更多改进

 

mysql数据库分库分表shardingjdbc

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