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关于java:ShardingJDBC-分库分表真香

jiezi

大家好，我是不才陈某~

这是《ShardingSphere 进阶》专栏的第一篇文章，介绍一下 Sharding-JDBC 实现分库分表的具体配置。

分库分表带来的问题

对于什么是分库分表这里不再细说了，置信大家都晓得，有不分明的能够看我之前的文章：聊聊分库分表

从繁多表、繁多库切分成多库、多表对于性能的晋升是必然的，然而同时也带来了一些问题。

1. 分布式事务问题

因为垂直分库、程度分库，将数据摊派在不同库中，甚至不同的服务器上，势必带来了分布式事务的问题。

对于单库单表的事务很好管制，分布式事务的管制却是十分头疼，然而好在当初曾经有成熟的解决方案，想要理解的能够看我之前的文章：七种分布式事务解决方案

2. 跨节点关联 join 问题

在切分之前关联查问非常简单，间接 SQL JOIN 便能解决，然而切分之后数据摊派在不同的节点上，此时 JOIN 就比拟麻烦了，因而切分之后尽量避免 JOIN。

解决这一问题的有些办法：

1、全局表

这种很好了解，对于一些全局须要关联的表能够在每个数据节点上都存储一份，个别是一些 数据字典表。

全局表在 Sharding-JDBC 称之为播送表

2、字段冗余

这是一种典型的反范式设计，为了防止关联 JOIN，能够将一些冗余字段保留，比方订单表保留 userId 时，能够将 userName 也一并保留，这样就防止了和 User 表的关联 JOIN 了。

字段冗余这种计划存在数据一致性问题

3、数据组装

这种还是比拟好了解的，间接不应用 JOIN 关联，分两次查问，从第一次的后果集中找出关联数据的惟一标识，而后再次去查问，最初对失去的数据进行组装

须要进行手动组装，数据很大的状况对 CPU、内存有肯定的要求

4、绑定表

对于互相关联的数据节点，通过 分片规定 将其切分到同一个库中，这样就能够间接应用 SQL 的 JOIN 进行关联查问。

Sharding-JDBC 中称之为绑定表，比方订单表和用户表的绑定

3. 跨节点分页、排序、函数问题

对于跨数据节点进行分页、排序或者一些聚合函数，筛选进去的仅仅是针对以后节点，比方排序，仅仅可能保障在繁多数据节点上是有序，并不能保障在所有节点上都是有序的，须要将各个节点的数据的进行汇总从新手动排序。

Sharding-JDBC 正是 依照上述流程进行分页、排序、聚合

4. 全局主键避重问题

单库单表个别都是应用的自增主键，然而在切分之后每个自增主键将无奈应用，因为这样会导致数据主键反复，因而必须从新设计主键。

目前支流的分布式主键生成计划如下：

1、UUID

UUID 应该是大家最为相熟的一种计划，长处非常明显本地生成，性能高，毛病也很显著，太长了存储耗空间，查问也十分耗性能，另外 UUID 的无序性将会导致 InnoDB 下的数据地位变动。

2、Snowflake

Twitter 开源的由 64 位整数组成分布式 ID，性能较高，并且在单机上 递增。

不再具体介绍，更多信息自行查找材料

3、UidGenerator

UidGenerator 是百度开源的分布式 ID 生成器，其基于雪花算法实现。具体参考：

https://github.com/baidu/uid-…

4、Leaf

Leaf 是美团开源的分布式 ID 生成器，能保障全局惟一，趋势递增，但须要依赖关系数据库、Zookeeper 等中间件。具体参考：

https://tech.meituan.com/2017…

5. 数据迁徙、扩容问题

当业务高速倒退，面临性能和存储的瓶颈时，才会思考分片设计，此时就不可避免的须要思考历史数据迁徙的问题。个别做法是先读出历史数据，而后按指定的分片规定再将数据写入到各个分片节点中。此外还须要依据以后的数据量和 QPS，以及业务倒退的速度，进行容量布局，推算出大略须要多少分片。

如果采纳数值范畴分片，只须要增加节点就能够进行扩容了，不须要对分片数据迁徙。如果采纳的是数值取模分片，则思考前期的扩容问题就绝对比拟麻烦。

分库分表尽管晋升了性能，然而在切分过程中肯定要思考上述总结的 5 种问题。

Sharding-JDBC 介绍

Sharding-JDBC 是当当网研发的开源分布式数据库中间件，从 3.0 开始 Sharding-JDBC 被蕴含在 Sharding-Sphere 中，之后该我的项目进入进入 Apache 孵化器，4.0 版本之后的版本为 Apache 版本。

ShardingSphere 是一套开源的分布式数据库中间件解决方案组成的生态圈，由 Sharding-JDBC、Sharding-Proxy、Sharding-Sidecar（布局中）组成。

官网：https://shardingsphere.apache…

目前咱们只须要关注 Sharding-JDBC，前面的两种组件后文介绍。

Sharding-JDBC 的定位是一款轻量级 JAVA 框架，基于 JDBC 实现分库分表，通过 Sharding-JDBC 能够通明的拜访曾经通过分库、分表的数据源。

Sharding-JDBC 的个性如下：

  1. 实用于任何基于 Java 的 ORM 框架，如：Hibernate, Mybatis, Spring JDBC Template 或间接应用 JDBC。
  2. 基于任何第三方的数据库连接池，如：DBCP, C3P0, BoneCP, Druid, HikariCP 等。
  3. 反对任意实现 JDBC 标准的数据库。目前反对 MySQL，Oracle，SQLServer 和 PostgreSQL。

Sharding-JDBC 中的一些概念

在介绍 Sharding-JDBC 实战之前须要理解其中的一些概念，如下：

1. 逻辑表

在对表进行分片后，一张表分成了 n 个表，比方订单表 t_order 分成如下三张表：t_order_1，t_order_2，t_order_3。

此时订单表的逻辑表就是t_order，Sharding-JDBC 在进行分片规定配置时针对的就是这张逻辑表

2. 实在表

上述 t_ordr_1，t_order_2，t_order_3 称之为 实在表

3. 数据节点

数据分片的最小单元，由数据源名称和表名称组成，比方：ds1.t_order_1

4. 分片键

用于分片的数据库字段，是将数据库 (表) 程度拆分的关键字段。例：将订单表中的订单主键的尾数取模分片，则订

单主键为分片字段。SQL 中如果无分片字段，将执行全路由，性能较差。除了对单分片字段的反对，Sharding- Jdbc 也反对依据多个字段进行分片。

5. 分片算法

通过分片算法将数据分片，反对通过 =、BETWEEN 和 IN 分片。

分片算法须要利用方开发者自行实现，可实现的灵 活度十分高。包含：准确分片算法 、 范畴分片算法 ， 复合分片算法 等。例如：where order_id = ? 将采纳准确分片算法，where order_id in (?,?,?) 将采纳准确分片算法，where order_id BETWEEN ? and ? 将采纳范畴分片算 法，复合分片算法用于分片键有多个简单状况。

Sharding-JDBC 中的分片算法须要开发者依据业务自定义

6. 分片策略

蕴含分片键和分片算法，因为分片算法的独立性，将其独立抽离。真正可用于分片操作的是分片键 + 分片算法，也 就是分片策略。

内置的分片策略大抵可分为尾数取模、哈希、范畴、标签、工夫等。由用户方配置的分片策略则更加灵便，罕用的应用行表达式配置分片策略，它采纳 Groovy 表达式示意，如: t_user_$->{u_id % 8} 示意 t_user 表依据 u_id 模 8，而分成 8 张表，表名称为 t_user_0 到 t_user_7。

1、规范分片策略

规范分片策略实用于单分片键，此策略反对 PreciseShardingAlgorithm 和 RangeShardingAlgorithm 两个分片算法。

其中 PreciseShardingAlgorithm 是必选的，用于解决 = 和 IN 的分片。RangeShardingAlgorithm 是可选的，用于解决BETWEEN AND，>，<，>=，<= 条件分片，如果不配置RangeShardingAlgorithm，SQL 中的条件等将依照全库路由解决。

2、复合分片策略

复合分片策略，同样反对对 SQL 语句中的 =，>，<，>=，<=，IN和 BETWEEN AND 的分片操作。不同的是它反对多分片键，具体调配片细节齐全由利用开发者实现。

3、行表达式分片策略

行表达式分片策略，反对对 SQL 语句中的 = 和 IN 的分片操作，但只反对单分片键。这种策略通常用于简略的分片，不须要自定义分片算法，能够间接在配置文件中接着写规定。

t_order_$->{t_order_id % 4} 代表 t_order 对其字段 t_order_id取模，拆分成 4 张表，而表名别离是t_order_0 到 t_order_3。

4、Hint 分片策略

Hint 分片策略，对应上边的 Hint 分片算法，通过指定分片健而非从 SQL中提取分片健的形式进行分片的策略。

7. 分布式主键生成策略

通过在客户端生成自增主键替换以数据库原生自增主键的形式，做到分布式主键无反复。

Sharding-JDBC 外部反对 UUID 和 Snowflake 生成分布式主键

Sharding-JDBC 实战

上述内容根本介绍了 Sharding-JDBC 的根本知识点，上面通过 Spring Boot + Sharding-JDBC 的形式实战演示一下。

1. Sharding-JDBC 的 pom 依赖

想要应用 Sharding-JDBC 只须要增加一个 maven 依赖即可，如下：

<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-jdbc-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>${sharding-sphere.version}</version>
</dependency>

笔者这里应用的版本为：4.1.1

源码曾经上传 GitHub，关注公号：码猿技术专栏，回复关键词：9532 获取！

2. 垂直分表、分库

垂直切分个别针对数据行数不大，然而单行的某些字段数据很大，表占用空间很大，检索的时候须要执行大量的 IO，重大升高性能，此时须要将拆分到另外一张表，且与原表是一对一的关系，这就是 垂直分表。

比方商品表中的商品形容数据很大，重大影响查问性能，能够将商品形容这个字段独自抽离进去存储，这样就拆分成了两张表（垂直分表），如下图：

通过垂直分表性能失去了肯定水平的晋升，然而还没有达到要求，并且磁盘空间也快不够了，因为数据还是始终限 制在一台服务器，库内垂直分表只解决了繁多表数据量过大的问题，但没有将表散布到不同的服务器上，因而每个 表还是竞争同一个物理机的 CPU、内存、网络 IO、磁盘。

此时就须要进行垂直分库，如下之前是在独自的卖家库存储的，当初须要将商品的信息给垂直切分进来，分成了两个库：商品库product_db、店铺库shop_db：

计划曾经有了，那么当初就须要用 Sharding-JDBC 去实现。

product_db 和 shop_db 的 SQL 会放在源码中，这里就不再贴了

Sharding-JDBC 应用非常简单，只须要在配置文件中指定数据源信息和切片规定即可实现分库分表。

这里反对三种配置，如下：

  • yml 配置文件
  • properties 配置文件
  • Java Config 编码配置

这里笔者应用的是第一种 yml 配置形式，具体配置如下：

spring:
  # Sharding-JDBC 的配置
  shardingsphere:
    datasource:
      # 数据源，这里配置两个，别离是 ds1，ds2
      names: ds1,ds2
      # ds1 的配置信息,product_db1
      ds1:
        type: com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
        driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
        url: jdbc:mysql://localhost:3306/product_db?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8
        username: root
        password: Nov2014
      # ds2 的配置信息，shop_db
      ds2:
        type: com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
        driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
        url: jdbc:mysql://localhost:3306/shop_db?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8
        username: root
        password: Nov2014
    # 分片的配置
    sharding:
      # 表的分片策略
      tables:
          ## product_base 是逻辑表的名称
        product_base:
          # 数据节点配置，采纳 Groovy 表达式，切分之后的实在表所在的节点
          actual-data-nodes: ds$->{1}.product_base
          # 主键生成策略
          key-generator:
            # 主键
            column: product_id
            # 生成算法
            type: SNOWFLAKE
        product_description:
          # 数据节点配置，采纳 Groovy 表达式
          actual-data-nodes: ds$->{1}.product_description
        shop:
          # 数据节点配置，采纳 Groovy 表达式
          actual-data-nodes: ds$->{2}.shop
          # 主键生成策略
          key-generator:
            # 主键
            column: shop_id
            # 生成算法
            type: SNOWFLAKE
    props:
      sql:
        # 日志显示具体的 SQL
        show: true

上述配置非常简单，分为如下几个步骤：

1、数据源配置

因为垂直分库波及到 shop_db，product_db，必定是要配置两个数据源，如下：

spring:
  # Sharding-JDBC 的配置
  shardingsphere:
    datasource:
      # 数据源，这里配置两个，别离是 ds1，ds2
      names: ds1,ds2
      # ds1 的配置信息,product_db1
      ds1:
        type: com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
        driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
        url: jdbc:mysql://localhost:3306/product_db?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8
        username: root
        password: Nov2014
      # ds2 的配置信息，shop_db
      ds2:
        type: com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
        driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
        url: jdbc:mysql://localhost:3306/shop_db?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8
        username: root
        password: Nov2014

这个很好了解，两个数据源名称别离为 ds1，ds2，本人任意取名，而后配置相干信息。

2、数据节点配置

这里数据节点很重要，你要通知 Sharding-JDBC 你要操作的那张表在哪个库中，对应表的名称。

上述波及到三张表，别离是shop、product_base、product_description，因而须要配置三个数据节点，如下：

spring:
  # Sharding-JDBC 的配置
  shardingsphere:
    # 分片的配置
    sharding:
      # 表的分片策略
      tables:
          ## product_base 是逻辑表的名称
        product_base:
          # 数据节点配置，采纳 Groovy 表达式，切分之后的实在表所在的节点
          actual-data-nodes: ds$->{1}.product_base
        product_description:
          # 数据节点配置，采纳 Groovy 表达式
          actual-data-nodes: ds$->{1}.product_description
        shop:
          # 数据节点配置，采纳 Groovy 表达式
          actual-data-nodes: ds$->{2}.shop

ds$->{1} 采纳的是 Groovy 表达式，示意 ds1

数据节点要具体到指定的数据库、表名。

spring.shardingsphere.sharding.default-data-source-name=ds1能够指定默认的数据源

3、主键生成策略

Sharding-JDBC 反对配置主键生成策略，比方应用雪花算法或者 UUID 形式，配置如下：

spring:
  # Sharding-JDBC 的配置
  shardingsphere:
    # 分片的配置
    sharding:
      # 表的分片策略
      tables:
          ## product_base 是逻辑表的名称
        product_base:
          # 主键生成策略
          key-generator:
            # 主键
            column: product_id
            # 生成算法
            type: SNOWFLAKE
        shop:
          # 主键生成策略
          key-generator:
            # 主键
            column: shop_id
            # 生成算法
            type: SNOWFLAKE

SNOWFLAKE：雪花算法

配置实现后，向 product_base 插入一条数据，将会直接插入到 ds1 这个数据库中，demo 如下：

@Test
public void test1(){Product product = Product.builder()
     .name("Spring Cloud Alibaba 实战课程")
     .price(159L)
     .originAddress("码猿技术专栏")
     .shopId(1L)
     .build();
    productMapper.insertProductBase(product);
}

源码曾经上传 GitHub，关注公号：码猿技术专栏，回复关键词：9532 获取！

3. 程度分库

问题来了，当初有很多商家入驻，product_db 单库存储数据曾经超出预估，商品资源属于拜访十分频繁的资源，单台服务器曾经无奈撑持，此时就须要对其进行程度分库，将商品库拆分成两个数据库：product_db1、product_db2，如下：

product_db1+product_db2 数据合并则为残缺的商品数据

Sharding-JDBC 配置也很简略，只须要配置一下数据库的切分规定，配置规定如下：

# 分库策略，如何将一个逻辑表映射到多个数据源 
spring.shardingsphere.sharding.tables.< 逻辑表名称 >.database‐strategy.< 分片策略 >.< 分片策略属性名 >=

那么此时须要对 product_base、product_description 进行数据源切分，依照 对 2 取模 的形式，配置如下：

spring:
  # Sharding-JDBC 的配置
  shardingsphere:
    # 分片的配置
    sharding:
      # 表的分片策略
      tables:
        product_base:
          database‐strategy:
            inline:
            ## 分片键
              sharding‐column: product_id
             ## 分片算法，内置的准确算法
              algorithm‐expression: ds$->{product_id%2+1}
        product_description:
          database‐strategy:
            inline:
            ## 分片键
              sharding‐column: product_id
              ## 分片算法，内置的准确算法
              algorithm‐expression: ds$->{product_id%2+1}

上述配置什么意思？

product_id 是偶数的将会存储在 product_db1 库中，奇数的存储在 product_db2 中

测试也很简略，咱们循环往数据库中插入 10 条商品数据，因为是雪花算法，因而应该有 5 条在 db1 库中，另外 5 条在 db2 中，单元测试如下：

@Test
public void test3(){for (int i = 0; i < 10; i++) {Product product = Product.builder()
        .name("Spring Cloud Alibaba 实战课程")
        .price(159L)
        .originAddress("码猿技术专栏")
        .shopId(1L)
        .build();
    productMapper.insertProductBase(product);
    productMapper.insertProductDescribe(product.getProductId(),"内容",product.getShopId());
  }
}

察看下控制台的 SQL，能够发现是不停的往 ds1 和 ds2 中进行插入数据，如下图：

数据库中的数据如下：

源码曾经上传 GitHub，关注公号：码猿技术专栏，回复关键词：9532 获取！

4. 程度分表

通过程度分库后，性能失去了晋升，然而通过一段时间后，商品的单表数据量急剧增长，查问十分慢，那么此时就须要对单表进行程度拆分了，如下图：

同样须要在 Sharding-JDBC 中配置分表的规定，如下：

# 分表策略，如何将一个逻辑表映射为多个理论表 
spring.shardingsphere.sharding.tables.< 逻辑表名称 >.table‐strategy.< 分片策略 >.< 分片策略属性名 >=

理论的配置如下：

spring:
  # Sharding-JDBC 的配置
  shardingsphere:
    # 分片的配置
    sharding:
      # 表的分片策略
      tables:
        product_base:
          # 数据节点配置，采纳 Groovy 表达式，分库分表策略，这样是 4 个节点，ds1.product_base_$_1/ds1.product_base_$_2/ds2.product_base_$_1/ds2.product_base_$_2
          actual-data-nodes: ds$->{1..2}.product_base_$->{1..2}
          # 分表策略
          table‐strategy:
            inline:
              # 分片键为店铺 ID
              sharding‐column: shop_id
              # 分片策略取模
              algorithm‐expression: product_base_$->{shop_id%2+1}
        product_description:
          # 数据节点配置，采纳 Groovy 表达式
          actual-data-nodes: ds$->{1..2}.product_description_$->{1..2}
          table‐strategy:
            inline:
              sharding‐column: shop_id
              algorithm‐expression: product_description_$->{shop_id%2+1}

这里须要留神的是：因为这里用了分库分表，那么数据节点肯定要配置对，比方 ds$->{1..2}.product_base_$->{1..2} 这里的表达式别离对应的是 4 个数据节点，如下：

  • ds1.product_base_$_1
  • ds1.product_base_$_2
  • ds2.product_base_$_1
  • ds2.product_base_$_2

因为篇幅无限，残缺的配置看源码

单元测试如下：

@Test
public void test4(){for (int i = 0; i < 10; i++) {Product product = Product.builder()
            .name("Spring Cloud Alibaba 实战课程")
            .price(159L)
            .originAddress("码猿技术专栏")
            .shopId((long)(new Random().nextInt(100)+1))
            .build();
            productMapper.insertProductBase(product);
            productMapper.insertProductDescribe(product.getProductId(),"内容",product.getShopId());
        }
    }

源码曾经上传 GitHub，关注公号：码猿技术专栏，回复关键词：9532 获取！

总结

本篇文章次要介绍了 Sharding-JDBC 分库分表实战根底内容，通过具体的案例和代码演示心愿能帮忙大家更好的了解。

最初说一句（别白嫖，求关注）

陈某每一篇文章都是精心输入，曾经写了 3 个专栏，整顿成PDF，获取形式如下：

  1. 《Spring Cloud 进阶》PDF：关注公号：【码猿技术专栏】回复关键词 Spring Cloud 进阶 获取！
  2. 《Spring Boot 进阶》PDF：关注公号：【码猿技术专栏】回复关键词 Spring Boot 进阶 获取！
  3. 《Mybatis 进阶》PDF：关注公号：【码猿技术专栏】回复关键词 Mybatis 进阶 获取！
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