如何解决基于Mysql数据库亿级数据下的分库分表方案，Java架构必学

前言

移动互联网时代，海量的用户数据每天都在产生，基于用户使用数据等这样的分析，都需要依靠数据统计和分析，当数据量小时，数据库方面的优化显得不太重要，一旦数据量越来越大，系统响应会变慢，TPS直线下降，直至服务不可用。

补充

在mysql中，每个数据库最多可创建20亿个表，一个表允许定义1024列，每行的最大长度为8092字节（不包括copy文本和图像类型的长度）。当表中定义有varchar、nvarchar或varbinary类型列时，如果向表中插入的数据行超过8092字节时将导致Transact-SQL语句失败，并产生错误信息。SQL Server对每个表中行的数量没有直接限制，但它受数据库存储空间的限制。每个数据库的最大空间1048516TB，所以一个表可用的最大空间为1048516TB减去数据库类系zhidao统表和其它数据库对象所占用的空间。
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问题

可能有人会问，为何不用Oracle呢？确实，很多开发者写代码时并不会关心SQL的问题，凡是性能问题都交给DBA负责SQL优化，可是，不是每一个项目都会有DBA，也不是所有的项目都会采用Oracle数据库，而且，Oracle数据库在大数据量的背景下，解决性能问题，也不见的是一个非常轻松的事情。

那么，MySQL能不能支撑亿级的数据量呢，我的答案是肯定的，绝大部分的互联网公司，它们采用的数据存储方案，绝大部分都是以MySQL为主，不差钱的国企和银行，以Oracle为主，而且有专职的DBA为你服务。

本文会以一个实际的项目应用为例，层层向大家剖析[如何进行数据库的优化]项目背景是企业级的统一消息处理平台，客户数据在5千万加，每分钟处理消息流水1千万，每天消息流水1亿左右。

虽说MySQL单表可以存储10亿级的数据，但这个时候性能非常差。既然一张表无法搞定，那么就想办法将数据放到多个地方来解决问题吧，于是，数据库分库分表的方案便产生了，目前比较普遍的方案有三个：分区、分库分表、NoSQL/NewSQL。

在实际的项目中，往往是这三种方案的结合来解决问题，目前绝大部分系统的核心数据都是以RDBMS存储为主，NoSQL/NewSQL存储为辅。

分区

分区方案

分区表是由多个相关的底层表实现，这些底层表也是由句柄对象表示，所以我们也可以直接访问各个分区，存储引擎管理分区的各个底层表和管理普通表一样（所有的底层表都必须使用相同的存储引擎），分区表的索引只是在各个底层表上各自加上一个相同的索引，从存储引擎的角度来看，底层表和一个普通表没有任何不同，存储引擎也无须知道这是一个普通表还是一个分区表的一部分。这个方案也不错，它对用户屏蔽了sharding的细节，即使查询条件没有sharding column，它也能正常工作（只是这时候性能一般）。不过它的缺点很明显：很多的资源都受到单机的限制，例如连接数，网络吞吐等。如何进行分区，在实际应用中是一个非常关键的要素之一。在我们的项目中，以客户信息为例，客户数据量5000万加，项目背景要求保存客户的银行卡绑定关系，客户的证件绑定关系，以及客户绑定的业务信息。此业务背景下，该如何设计数据库呢。项目一期的时候，我们建立了一张客户业务绑定关系表，里面冗余了每一位客户绑定的业务信息。基本结构大致如下：

查询时，对银行卡做索引，业务编号做索引，证件号做索引。随着需求大增多，这张表的索引会达到10个以上。而且客户解约再签约，里面会保存两条数据，只是绑定的状态不同。假设我们有5千万的客户，5个业务类型，每位客户平均2张卡，那么这张表的数据量将会达到惊人的5亿，事实上我们系统用户量还没有过百万时就已经不行了。MySQL数据库中的数据是以文件的形势存在磁盘上的，默认放在/mysql/data下面（可以通过my.cnf中的datadir来查看）， 一张表主要对应着三个文件，一个是frm存放表结构的，一个是myd存放表数据的，一个是myi存表索引的。这三个文件都非常的庞大，尤其是.myd文件，快5个G了。下面进行第一次分区优化，MySQL支持的分区方式有四种：

在我们的项目中，range分区和list分区没有使用场景，如果基于绑定编号做range或者list分区，绑定编号没有实际的业务含义，无法通过它进行查询，因此，我们就剩下 HASH 分区和 KEY 分区了， HASH 分区仅支持int类型列的分区，且是其中的一列。看看我们的库表结构，发现没有哪一列是int类型的，如何做分区呢？可以增加一列，绑定时间列，将此列设置为int类型，然后按照绑定时间进行分区，将每一天绑定的用户分到同一个区里面去。这次优化之后，我们的插入快了许多，但是查询依然很慢，为什么，因为在做查询的时候，我们也只是根据银行卡或者证件号进行查询，并没有根据时间查询，相当于每次查询，MySQL都会将所有的分区表查询一遍。

然后进行第二次方案优化，既然hash分区和key分区要求其中的一列必须是int类型的，那么创造出一个int类型的列出来分区是否可以。分析发现，银行卡的那串数字有秘密。银行卡一般是16位到19位不等的数字串，我们取其中的某一位拿出来作为表分区是否可行呢，通过分析发现，在这串数字中，其中确实有一位是0到9随机生成的，不同的卡串长度，这一位不同，绝不是最后一位，最后位数字一般都是校验位，不具有随机性。我们新设计的方案，基于银行卡号+随机位进行KEY分区，每次查询的时候，通过计算截取出这位随机位数字，再加上卡号，联合查询，达到了分区查询的目的，需要说明的是，分区后，建立的索引，也必须是分区列，否则的话，MySQL还是会在所有的分区表中查询数据。那么通过银行卡号查询绑定关系的问题解决了，那么证件号呢，如何通过证件号来查询绑定关系。前面已经讲过，做索引一定是要在分区健上进行，否则会引起全表扫描。

我们再创建了一张新表，保存客户的证件号绑定关系，每位客户的证件号都是唯一的，新的证件号绑定关系表里，证件号作为了主键，那么如何来计算这个分区健呢，客户的证件信息比较庞杂，有身份证号，港澳台通行证，机动车驾驶证等等，如何在无序的证件号里找到分区健。

为了解决这个问题，我们将证件号绑定关系表一分为二，其中的一张表专用于保存身份证类型的证件号，另一张表则保存其他证件类型的证件号，在身份证类型的证件绑定关系表中，我们将身份证号中的月数拆分出来作为了分区健，将同一个月出生的客户证件号保存在同一个区，这样分成了12个区，其他证件类型的证件号，数据量不超过10万，就没有必要进行分区了。这样每次查询时，首先通过证件类型确定要去查询哪张表，再计算分区健进行查询。

作了分区设计之后，保存2000万用户数据的时候，银行卡表的数据保存文件就分成了10个小文件，证件表的数据保存文件分成了12个小文件，解决了这两个查询的问题，还剩下一个问题就是，业务编号呢，怎么办，一个客户有多个签约业务，如何进行保存，这时候，采用分区的方案就不太合适了，它需要用到分表的方案。

分库分表

如何进行分库分表，目前互联网上有许多的版本，比较知名的一些方案：

• 阿里的TDDL，DRDS和cobar，

• 京东金融的sharding-jdbc；

• 间组织的MyCAT；

• 360的Atlas；

• 美团的zebra；

• 其他比如网易、58、京东等公司都有自研的中间件。

但是这么多的分库分表中间件方案，归总起来，就两类：client模式和proxy模式。

client模式

proxy模式

无论是client模式，还是proxy模式，几个核心的步骤是一样的：SQL解析，重写，路由，执行，结果归并。个人比较倾向于采用client模式，它架构简单，性能损耗也比较小，运维成本低。如果在项目中引入mycat或者cobar，他们的单机模式无法保证可靠性，一旦宕机则服务就变得不可用，你又不得不引入HAProxy来实现它的高可用集群部署方案， 为了解决HAProxy的高可用问题，又需要采用Keepalived来实现。

我们在项目中放弃了这个方案，采用了shardingjdbc的方式。回到刚才的业务问题，如何对业务类型进行分库分表。分库分表第一步也是最重要的一步，即sharding column的选取，sharding column选择的好坏将直接决定整个分库分表方案最终是否成功。

而sharding column的选取跟业务强相关。在我们的项目场景中，sharding column无疑最好的选择是业务编号。通过业务编号，将客户不同的绑定签约业务保存到不同的表里面去，查询时，根据业务编号路由到相应的表中进行查询，达到进一步优化SQL的目的。

前面我们讲到了基于客户签约绑定业务场景的数据库优化，下面我们再聊一聊，对于海量数据的保存方案。

垂直分库

对于每分钟要处理近1000万的流水，每天流水近1亿的量，如何高效的写入和查询，是一项比较大的挑战。还是老办法，分库分表分区，读写分离，只不过这一次，我们先分表，再分库，最后分区。

我们将消息流水按照不同的业务类型进行分表，相同业务的消息流水进入同一张表，分表完成之后，再进行分库。我们将流水相关的数据单独保存到一个库里面去，这些数据，写入要求高，查询和更新到要求低，将它们和那些更新频繁的数据区分开。分库之后，再进行分区。

这是基于业务垂直度进行的分库操作，垂直分库就是根据业务耦合性，将关联度低的不同表存储在不同的数据库，以达到系统资源的饱和利用率。这样的分库方案结合应用的微服务治理，每个微服务系统使用独立的一个数据库。将不同模块的数据分库存储，模块间不能进行相互关联查询，如果有，要么通过数据冗余解决，要么通过应用代码进行二次加工进行解决。

若不能杜绝跨库关联查询，则将小表到数据冗余到大数据量大库里去。假如，流水大表中查询需要关联获得渠道信息，渠道信息在基础管理库里面，那么，要么在查询时，代码里二次查询基础管理库中的渠道信息表，要么将渠道信息表冗余到流水大表中。

将每天过亿的流水数据分离出去之后，流水库中单表的数据量还是太庞大，我们将单张流水表继续分区，按照一定的业务规则，（一般是查询索引列）将单表进行分区，一个表编程N个表，当然这些变化对应用层是无法感知的。

分区表的设置，一般是以查询索引列进行分区，例如，对于流水表A，查询需要根据手机号和批次号进行查询，所以我们在创建分区的时候，就选择以手机号和批次号进行分区，这样设置后，查询都会走索引，每次查询MySQL都会根据查询条件计算出来，数据会落在那个分区里面，直接到对应的分区表中检索即可，避免了全表扫描。

对于每天流水过亿的数据，当然是要做历史表进行数据迁移的工作了。客户要求流水数据需要保存半年的时间，有的关键流水需要保存一年。删数据是不可能的了，也跑不了路，虽然当时非常有想删数据跑路的冲动。其实即时是删数据也是不太可能的了，delete的拙劣表演先淘汰了，truncate也快不了多少，我们采用了一种比较巧妙方法，具体步骤如下：

1. 创建一个原表一模一样的临时表1 create table test_a_serial_1 like test_a_serial;

2. 将原表命名为临时表2 alter table test_a_serial rename test_a_serial_{date};

3. 将临时表1改为原表 alter table able test_a_serial_1 rename able test_a_serial; 此时，当日流水表就是一张新的空表了，继续保存当日的流水，而临时表2则保存的是昨天的数据和部分今天的数据，临时表2到名字中的date时间是通过计算获得的昨日的日期；每天会产生一张带有昨日日期的临时表2，每个表内的数据大约是有1000万。

4. 将当日表中的历史数据迁移到昨日流水表中去 这样的操作都是用的定时任务进行处理，定时任务触发一般会选择凌晨12点以后，这个操作即时是几秒内完成，也有可能会有几条数据落入到当日表中去。因此我们最后还需要将当日表内的历史流水数据插入到昨日表内；insert into test_a_serial_{date}(cloumn1,cloumn2….) select(cloumn1,cloumn2….) from test_a_serial where LEFT(create_time,8) > CONCAT(date); commit;

如此，便完成了流水数据的迁移；

根据业务需要，有些业务数据需要保存半年，超过半年的进行删除,在进行删除的时候，就可以根据表名中的_{date}筛选出大于半年的流水直接删表；

半年的时间，对于一个业务流水表大约就会有180多张表，每张表又有20个分区表，那么如何进行查询呢？由于我们的项目对于流水的查询实时性要求不是特别高，因此我们在做查询时，进行了根据查询时间区间段进行路由查询的做法。

大致做法时，根据客户选择的时间区间段，带上查询条件，分别去时间区间段内的每一张表内查询，将查询结果保存到一张临时表内，然后，再去查询临时表获得最终的查询结果。

以上便是我们面对大数据量的场景下，数据库层面做的相应的优化，一张每天一亿的表，经过拆分后，每个表分区内的数据在500万左右。这样设计之后，我们还面临了一些其他问题，例如流水的统计问题，这么大量的数据，项目中的统计维度达到100多种，哪怕是每天count100次，也是及其困难多，我们采用了实时计算统计的方式来解决了这个问题，相关的技术涉及到实时计算，消息队列，缓存中间件等内容，尽请期待吧！

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