分庫(kù)分表的21條法則速來(lái)碼住（上）

（一）好好的系統(tǒng)，為什么要分庫(kù)分表？

還是不著急實(shí)戰(zhàn)，咱們先介紹下在分庫(kù)分表架構(gòu)實(shí)施過(guò)程中，會(huì)接觸到的一些通用概念，了解這些概念能夠幫助理解市面上其他的分庫(kù)分表工具，盡管它們的實(shí)現(xiàn)方法可能存在差異，但整體思路基本一致。因此，在開(kāi)始實(shí)際操作之前，我們有必要先掌握這些通用概念，以便更好地理解和應(yīng)用分庫(kù)分表技術(shù)。

我們結(jié)合具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景，以t_order表為例進(jìn)行架構(gòu)優(yōu)化。由于數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到億級(jí)別，查詢(xún)性能?chē)?yán)重下降，因此我們采用了分庫(kù)分表技術(shù)來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題。具體而言，我們將原本的單庫(kù)分成了兩個(gè)庫(kù)，分別為DB_1和DB_2，并在每個(gè)庫(kù)中再次進(jìn)行分表處理，生成t_order_1和t_order_2兩張表，實(shí)現(xiàn)對(duì)訂單表的分庫(kù)分表處理。

數(shù)據(jù)分片

通常我們?cè)谔岬椒謳?kù)分表的時(shí)候，大多是以水平切分模式（水平分庫(kù)、分表）為基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)的，數(shù)據(jù)分片它將原本一張數(shù)據(jù)量較大的表 t_order 拆分生成數(shù)個(gè)表結(jié)構(gòu)完全一致的小數(shù)據(jù)量表（拆分表） t_order_0、t_order_1、···、t_order_n，每張表只存儲(chǔ)原大表中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)

數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)分片中一個(gè)不可再分的最小單元（表），它由數(shù)據(jù)源名稱(chēng)和數(shù)據(jù)表組成，例如上圖中 DB_1.t_order_1、DB_2.t_order_2 就表示一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。

邏輯表

邏輯表是指具有相同結(jié)構(gòu)的水平拆分表的邏輯名稱(chēng)。

比如我們將訂單表t_order 分表拆分成 t_order_0 ··· t_order_9等10張表，這時(shí)我們的數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)不存在 t_order這張表，取而代之的是若干的t_order_n表。

分庫(kù)分表通常對(duì)業(yè)務(wù)代碼都是無(wú)侵入式的，開(kāi)發(fā)者只專(zhuān)注于業(yè)務(wù)邏輯SQL編碼，我們?cè)诖a中SQL依然按 t_order來(lái)寫(xiě)，而在執(zhí)行邏輯SQL前將其解析成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)真實(shí)執(zhí)行的SQL。此時(shí) t_order 就是這些拆分表的邏輯表。

業(yè)務(wù)邏輯SQL

select * from t_order where order_no='A11111'

真實(shí)執(zhí)行SQL

select * from DB_1.t_order_n where order_no='A11111'

真實(shí)表

真實(shí)表就是在數(shù)據(jù)庫(kù)中真實(shí)存在的物理表DB_1.t_order_n。

廣播表

廣播表是一類(lèi)特殊的表，其表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)在所有分片數(shù)據(jù)源中均完全一致。與拆分表相比，廣播表的數(shù)據(jù)量較小、更新頻率較低，通常用于字典表或配置表等場(chǎng)景。由于其在所有節(jié)點(diǎn)上都有副本，因此可以大大降低JOIN關(guān)聯(lián)查詢(xún)的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，提高查詢(xún)效率。

需要注意的是，對(duì)于廣播表的修改操作需要保證同步性，以確保所有節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)保持一致。

廣播表的特點(diǎn) ：

• 在所有分片數(shù)據(jù)源中，廣播表的數(shù)據(jù)完全一致。因此，對(duì)廣播表的操作（如插入、更新和刪除）會(huì)實(shí)時(shí)在每個(gè)分片數(shù)據(jù)源中執(zhí)行一遍，以保證數(shù)據(jù)的一致性。
• 對(duì)于廣播表的查詢(xún)操作，僅需要在任意一個(gè)分片數(shù)據(jù)源中執(zhí)行一次即可。
• 與任何其他表進(jìn)行JOIN操作都是可行的，因?yàn)橛捎趶V播表的數(shù)據(jù)在所有節(jié)點(diǎn)上均一致，所以可以訪問(wèn)到任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的相同數(shù)據(jù)。

什么樣的表可以作為廣播表呢？

訂單管理系統(tǒng)中，往往需要查詢(xún)統(tǒng)計(jì)某個(gè)城市地區(qū)的訂單數(shù)據(jù)，這就會(huì)涉及到省份地區(qū)表t_city與訂單流水表DB_n.t_order_n進(jìn)行JOIN查詢(xún)，因此可以考慮將省份地區(qū)表設(shè)計(jì)為廣播表，核心理念就是 避免跨庫(kù)JOIN操作 。

注意 ：上邊我們提到廣播表在數(shù)據(jù)插入、更新與刪除會(huì)實(shí)時(shí)在每個(gè)分片數(shù)據(jù)源均執(zhí)行，也就是說(shuō)如果你有1000個(gè)分片數(shù)據(jù)源，那么修改一次廣播表就要執(zhí)行1000次SQL，所以盡量不在并發(fā)環(huán)境下和業(yè)務(wù)高峰時(shí)進(jìn)行，以免影響系統(tǒng)的性能。

單表

單表指所有的分片數(shù)據(jù)源中僅唯一存在的表（沒(méi)有分片的表），適用于數(shù)據(jù)量不大且無(wú)需分片的表。

如果一張表的數(shù)據(jù)量預(yù)估在千萬(wàn)級(jí)別，且沒(méi)有與其他拆分表進(jìn)行關(guān)聯(lián)查詢(xún)的需求，建議將其設(shè)置為單表類(lèi)型，存儲(chǔ)在默認(rèn)分片數(shù)據(jù)源中。

分片鍵

分片鍵決定了數(shù)據(jù)落地的位置，也就是數(shù)據(jù)將會(huì)被分配到哪個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上存儲(chǔ)。因此，分片鍵的選擇非常重要。

比如我們將 t_order 表進(jìn)行分片后，當(dāng)插入一條訂單數(shù)據(jù)執(zhí)行SQL時(shí)，需要通過(guò)解析SQL語(yǔ)句中指定的分片鍵來(lái)計(jì)算數(shù)據(jù)應(yīng)該落在哪個(gè)分片中。以表中order_no字段為例，我們可以通過(guò)對(duì)其取模運(yùn)算（比如 order_no % 2）來(lái)得到分片編號(hào)，然后根據(jù)分片編號(hào)分配數(shù)據(jù)到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例（比如 DB_1 和 DB_2）。拆分表也是同理計(jì)算。

在這個(gè)過(guò)程中，order_no 就是 t_order 表的分片鍵。也就是說(shuō)，每一條訂單數(shù)據(jù)的 order_no 值決定了它應(yīng)該存放的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例和表。選擇一個(gè)適合作為分片鍵的字段可以更好地利用水平分片帶來(lái)的性能提升。

這樣同一個(gè)訂單的相關(guān)數(shù)據(jù)就會(huì)落在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)、表中，查詢(xún)訂單時(shí)同理計(jì)算，就可直接定位數(shù)據(jù)位置，大幅提升數(shù)據(jù)檢索的性能，避免了全庫(kù)表掃描。

不僅如此 ShardingSphere 還支持根據(jù)多個(gè)字段作為分片健進(jìn)行分片，這個(gè)在后續(xù)對(duì)應(yīng)章節(jié)中會(huì)詳細(xì)講。

分片策略

分片策略來(lái)指定使用哪種分片算法、選擇哪個(gè)字段作為分片鍵以及如何將數(shù)據(jù)分配到不同的節(jié)點(diǎn)上。

分片策略是由分片算法和分片健組合而成，分片策略中可以使用多種分片算法和對(duì)多個(gè)分片鍵進(jìn)行運(yùn)算。

分庫(kù)、分表的分片策略配置是相對(duì)獨(dú)立的，可以各自使用不同的策略與算法，每種策略中可以是多個(gè)分片算法的組合，每個(gè)分片算法可以對(duì)多個(gè)分片健做邏輯判斷。

分片算法

分片算法則是用于對(duì)分片鍵進(jìn)行運(yùn)算，將數(shù)據(jù)劃分到具體的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)中。

常用的分片算法有很多：

• 哈希分片 ：根據(jù)分片鍵的哈希值來(lái)決定數(shù)據(jù)應(yīng)該落到哪個(gè)節(jié)點(diǎn)上。例如，根據(jù)用戶(hù) ID 進(jìn)行哈希分片，將屬于同一個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)分配到同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，便于后續(xù)的查詢(xún)操作。
• 范圍分片 ：分片鍵值按區(qū)間范圍分配到不同的節(jié)點(diǎn)上。例如，根據(jù)訂單創(chuàng)建時(shí)間或者地理位置來(lái)進(jìn)行分片。
• 取模分片 ：將分片鍵值對(duì)分片數(shù)取模，將結(jié)果作為數(shù)據(jù)應(yīng)該分配到的節(jié)點(diǎn)編號(hào)。例如， order_no % 2 將訂單數(shù)據(jù)分到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之一。
• .....

實(shí)際業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)中分片的邏輯要復(fù)雜的多，不同的算法適用于不同的場(chǎng)景和需求，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和調(diào)整。

綁定表

綁定表是那些具有相同分片規(guī)則的一組分片表，由于分片規(guī)則一致所產(chǎn)生的的數(shù)據(jù)落地位置相同，在JOIN聯(lián)合查詢(xún)時(shí)能有效避免跨庫(kù)操作。

比如：t_order 訂單表和 t_order_item 訂單項(xiàng)目表，都以 order_no 字段作為分片鍵，并且使用 order_no 進(jìn)行關(guān)聯(lián)，因此兩張表互為綁定表關(guān)系。

使用綁定表進(jìn)行多表關(guān)聯(lián)查詢(xún)時(shí)，必須使用分片鍵進(jìn)行關(guān)聯(lián)，否則會(huì)出現(xiàn)笛卡爾積關(guān)聯(lián)或跨庫(kù)關(guān)聯(lián)，從而影響查詢(xún)效率。

當(dāng)使用 t_order 和 t_order_item 表進(jìn)行多表聯(lián)合查詢(xún)，執(zhí)行如下聯(lián)合查詢(xún)的邏輯SQL。

SELECT * FROM t_order o JOIN t_order_item i ON o.order_no=i.order_no

如果不配置綁定表關(guān)系，兩個(gè)表的數(shù)據(jù)位置不確定就會(huì)全庫(kù)表查詢(xún)，出現(xiàn)笛卡爾積關(guān)聯(lián)查詢(xún)，將產(chǎn)生如下四條SQL。

SELECT * FROM t_order_0 o JOIN t_order_item_0 i ON o.order_no=i.order_no 
SELECT * FROM t_order_0 o JOIN t_order_item_1 i ON o.order_no=i.order_no 
SELECT * FROM t_order_1 o JOIN t_order_item_0 i ON o.order_no=i.order_no 
SELECT * FROM t_order_1 o JOIN t_order_item_1 i ON o.order_no=i.order_no

而配置綁定表關(guān)系后再進(jìn)行關(guān)聯(lián)查詢(xún)時(shí)，分片規(guī)則一致產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就會(huì)落到同一個(gè)庫(kù)表中，那么只需在當(dāng)前庫(kù)中 t_order_n 和 t_order_item_n 表關(guān)聯(lián)即可。

SELECT * FROM t_order_0 o JOIN t_order_item_0 i ON o.order_id=i.order_id 
SELECT * FROM t_order_1 o JOIN t_order_item_1 i ON o.order_id=i.order_id

注意 ：在關(guān)聯(lián)查詢(xún)時(shí) t_order 它作為整個(gè)聯(lián)合查詢(xún)的主表。所有相關(guān)的路由計(jì)算都只使用主表的策略，t_order_item 表的分片相關(guān)的計(jì)算也會(huì)使用 t_order 的條件，所以要保證綁定表之間的分片鍵要完全相同。