ShardingSphere 分库分表入门实战

news2024/11/26 11:05:11

在这里插入图片描述

分库分表

需求分析

如果我们的平台发展迅速，用户量激增，从数据库层面去思考，哪个表的数据会最大呢？

回顾一下我们的数据库设计：

1）app 应用表

显然不会，成百上千的应用已经多，但对数据库而已，这还是小量级

2）question 题目表

不太可能，一个应用一般最多也就几十个题目

3）scoring_result 评分结果表

不太可能，一个应用对应不会有多少结果，比如 MBTI 也就 16 个。

4）user 表

有可能，如果用户达到几千万级，那么确实挺多了

5）user_answer 用户答题记录表

一个用户可以对同个应用多次答题，也可以在多个应用多次答题，理论上如果用户量足够大，那么这个表肯定是最先遇到瓶颈的。

除了清理数据外，常见的一种优化方案是分库分表。

什么是分库分表

这里我们先简单了解下分库分表的场景。

随着用户量的激增和时间的堆砌，存在数据库里面的数据越来越多，此时的数据库就会产生瓶颈，出现资源报警、查询慢等场景。

首先单机数据库所能承载的连接数、I/O 及网络的吞吐等都是有限的，所以当并发量上来了之后，数据库就渐渐顶不住了。

而且如果单表的数据量过大，查询的性能也会下降。因为数据越多底层存储的 B+ 树就越高，树越高则查询 I/O 的次数就越多，那么性能也就越差。

分库和分表怎么区分呢？

把以前存在 一个数据库 实例里的数据拆分成多个数据库实例，部署在不同的服务器中，这是分库。

把以前存在 一张表 里面的数据拆分成多张表，这是分表。

一般而言：

  • 分表：是为了解决由于单张表数据量多大，而导致查询慢的问题。大致三、四千万行数据就得拆分，不过具体还是得看每一行的数据量大小，有些字段都很小的可能支持更多行数，有些字段大的可能一千万就顶不住了。
  • 分库：是为了解决服务器资源受单机限制，顶不住高并发访问的问题，把请求分配到多台服务器上，降低服务器压力。

比如电商网站的使用人数不断增加， 用户数不断增加，订单数也日益增长，此时就应该把用户库和订单库拆开来，这样就能降低数据库的压力，且对业务而言数据分的也更清晰，并且理论上订单数会远大于用户数，还可以针对订单库单一升配。

由于电商网站品类不断增加，在促销活动的作用下订单取得爆炸式增长，如果所有订单仅存储在一张表中，这张表得有多大？

因此此时就需要根据订单表进行分表，可以按时间维度，比如 order_202401、order_202402 来拆分，如果每天的订单量很大，则可以通过 order_20240101、order_20240102 这样拆分。

技术选型

1、通用选型思路

在公司内如果进行技术选型，一般有以下几个考察点：

1）场景适配，考察选择的框架或组件所提供的功能是否符合当前的需求。

2）团队能力，考察当前团队是否有能力使用和运维选择的三方框架和组件。比如团队没人会 c++ ，你选个 c++ 开发的组件，这可能不太合适，后续遇到问题一脸懵逼，学习成本大。

3）技术栈匹配度，考察引入的组件是否有很多附带的依赖，比如引入 rpc 框架，可能需要配套引入注册中心、配置中心等等，需要确认目前项目是否已经拥有这部分能力，评估成本。

4）社区与生态，选择的开源组件社区是否活跃，资料是否丰富，不要如果遇到个小众的不活跃的社区，出了 bug 可能都没人修，且需要观察生态，比如我们用spring 生态就很好，基本上 java 需要的能力例如 orm 支持、大数据支持等等都有，如果选择生态不好的，后续要进行一些扩展这部分的成本也很大。

主要是以上四点，最终就是考虑成本和收益再做决定。

2、分库分表开源组件选型

常见的分库分表开源组件有：ShardingSphere、MyCat、Cobar 等。

官方文档：https://github.com/apache/shardingsphere

官方文档：https://github.com/MyCATApache/Mycat2

官方文档：https://github.com/alibaba/cobar

看下 star 数其实就有个选择预期了，Sharding-JDBC 相比而言功能更丰富，还支持读写分离、数据脱敏、分布式事务等等。

并且 ShardingSphere 不仅支持嵌入式的 Sharding-JDBC，还支持 Sharding-Proxy（独立代理服务）和Sharding-Sidecar（服务网格模式）。

再者 ShardingSphere 非常活跃，社区庞大且资料丰富，项目迭代也非常快，毕竟是 apache 项目。

因此本项目选择 ShardingSphere 内的 Sharding-JDBC。

Sharding-JDBC 原理

Sharding-JDBC 核心原理其实很简单，可以用几个字总结：

改写SQL

比如我们想根据 appId 来将对应的用户答题记录表进行分表。

将 appId % 2 等于 0 的应用的所有用户的答题记录都划分到 user_answer_0，等于 1 的应用的所有用户的答题记录都划分到 user_answer_1。

按照我们正常的想法处理逻辑就是：

if（appId % 2 == 0）{
    userAnswer0Service.save(userAnswer);
} else {
    userAnswer1Service.save(userAnswer);
}

而用了 Sharding-JDBC 后，我们只要写好配置，Sharding-JDBC 就会根据配置，执行我们上面的逻辑，在业务代码上我们就可以透明化分库分表的存在，减少了很多重复逻辑！

它会解析 SQL ，根据我们指定的 分片键，按照我们设置的逻辑来计算得到对应的路由分片（数据库或者表），最终改写 SQL 后进行 SQL 的执行。

方案设计

分库分表的核心是确定按照什么维度（或者字段）进行拆分，一般会选择唯一的、业务合理的、能够均匀分配的字段。

你在哪个字段加索引，就用哪个字段分表，核心在于用户的查询，一定要根据业务的实际情况来。尽量避免出现跨表和跨库查询。

对于本项目，user_answer 有个天然的拆分字段即 appId，不同应用的用户答题记录没有关联，因此我们可以根据 appId 拆解 user_answer 表。

实现流程比较简单：

  1. 新建 user_answer_0 和 user_answer_1，作为 user_answer 表的分表
  2. 引入 Sharding-JDBC
  3. 配置文件中设置分表逻辑

后端开发

新建表

直接复制 user_answer 的 DDL 表结构，改个名称即可

-- 用户答题记录表
create table if not exists user_answer_0
(
    id              bigint auto_increment primary key,
    appId           bigint                             not null comment '应用 id',
    appType         tinyint  default 0                 not null comment '应用类型（0-得分类，1-角色测评类）',
    ......
    index idx_appId (appId),
    index idx_userId (userId)
) comment '用户答题记录' collate = utf8mb4_unicode_ci;

-- 用户答题记录表
create table if not exists user_answer_1
(
    id              bigint auto_increment primary key,
    appId           bigint                             not null comment '应用 id',
    appType         tinyint  default 0                 not null comment '应用类型（0-得分类，1-角色测评类）',
    ......
    index idx_appId (appId),
    index idx_userId (userId)
) comment '用户答题记录' collate = utf8mb4_unicode_ci;
引入依赖
        <!-- https://github.com/apache/shardingsphere -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
            <artifactId>shardingsphere-jdbc-core-spring-boot-starter</artifactId>
            <version>5.2.0</version>
        </dependency>
配置
spring:
  shardingsphere:
    #数据源配置
    datasource:
      # 多数据源以逗号隔开即可
      names: question_craft
      question_craft:
        type: com.zaxxer.hikari.HikariDataSource
        driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
        jdbc-url: jdbc:mysql://localhost:3306/question_craft?allowPublicKeyRetrieval=true&useSSL=false&autoReconnect=true&characterEncoding=utf8
        username: root
        password: 123456
    # 规则配置
    rules:
      sharding:
        # 分片算法配置
        sharding-algorithms:
          # 自定义分片规则名
          answer-table-inline:
            ## inline 类型是简单的配置文件里面就能写的类型，其他还有自定义类等等
            type: INLINE
            props:
              algorithm-expression: user_answer_$->{appId % 2}
        tables:
          user_answer:
            actual-data-nodes: question_craft.user_answer_$->{0..1}
            # 分表策略
            table-strategy:
              standard:
                sharding-column: appId
                sharding-algorithm-name: answer-table-inline

配置解析：

1）需要将数据源挪至 shardingsphere 下

2）指定数据源的名字和 url 等配置

3）自定义分片规则，即 answer-table-inline，分片算法为 user_answer_$->{appId % 2} ，这个含义就是根据 appId % 2 的结果拼接表名，改写 SQL

4）设置对应的表使用分片规则，即 tables:user_answer:table-strategy，指定分片键为 appId，分片的规则是 answer-table-inline

测试
@SpringBootTest
public class UserAnswerShardingTest {

    @Resource
    private UserAnswerService userAnswerService;

    @Test
    void test() {

        UserAnswer userAnswer1 = new UserAnswer();

        userAnswer1.setAppId(1L);
        userAnswer1.setUserId(1L);
        userAnswer1.setChoices("1");
        userAnswerService.save(userAnswer1);

        UserAnswer userAnswer2 = new UserAnswer();
        userAnswer2.setAppId(2L);
        userAnswer2.setUserId(1L);
        userAnswer2.setChoices("2");
        userAnswerService.save(userAnswer2);

        UserAnswer userAnswerOne = userAnswerService.getOne(Wrappers.lambdaQuery(UserAnswer.class).eq(UserAnswer::getAppId, 1L));
        System.out.println(JSONUtil.toJsonStr(userAnswerOne));

        UserAnswer userAnswerTwo = userAnswerService.getOne(Wrappers.lambdaQuery(UserAnswer.class).eq(UserAnswer::getAppId, 2L));
        System.out.println(JSONUtil.toJsonStr(userAnswerTwo));
    }
}

注意，分表后，一定不能更新分表字段！

在这里插入图片描述
可以看到测试结果，appId % 2，余数为0，则用的是表user_answer_0，余数等于1，则使用表user_answer_1。

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