數(shù)據(jù)庫分庫分表策略的具體實(shí)現(xiàn)方案

一、MySQL擴(kuò)展具體的實(shí)現(xiàn)方式

隨著業(yè)務(wù)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，需要選擇合適的方案去應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)模的增長，以應(yīng)對(duì)逐漸增長的訪問壓力和數(shù)據(jù)量。

關(guān)于數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展主要包括：業(yè)務(wù)拆分、主從復(fù)制，數(shù)據(jù)庫分庫與分表。這篇文章主要講述數(shù)據(jù)庫分庫與分表

（1）業(yè)務(wù)拆分

業(yè)務(wù)起步初始，為了加快應(yīng)用上線和快速迭代，很多應(yīng)用都采用集中式的架構(gòu)。隨著業(yè)務(wù)系統(tǒng)的擴(kuò)大，系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，越來越難以維護(hù)，開發(fā)效率變得越來越低，并且對(duì)資源的消耗也變得越來越大，通過硬件提高系統(tǒng)性能的方式帶來的成本也越來越高。

因此，在選型初期，一個(gè)優(yōu)良的架構(gòu)設(shè)計(jì)是后期系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展的重要保障。

例如：電商平臺(tái)，包含了用戶、商品、評(píng)價(jià)、訂單等幾大模塊，最簡單的做法就是在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中分別創(chuàng)建users、shops、comment、order四張表。

但是，隨著業(yè)務(wù)規(guī)模的增大，訪問量的增大，我們不得不對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行拆分。每一個(gè)模塊都使用單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行存儲(chǔ)，不同的業(yè)務(wù)訪問不同的數(shù)據(jù)庫，將原本對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫的依賴拆分為對(duì)4個(gè)數(shù)據(jù)庫的依賴，這樣的話就變成了4個(gè)數(shù)據(jù)庫同時(shí)承擔(dān)壓力，系統(tǒng)的吞吐量自然就提高了。

（2）主從復(fù)制

上圖是網(wǎng)上的一張關(guān)于MySQL的Master和Slave之間數(shù)據(jù)同步的過程圖。

主要講述了MySQL主從復(fù)制的原理：數(shù)據(jù)復(fù)制的實(shí)際就是Slave從Master獲取Binary log文件，然后再本地鏡像的執(zhí)行日志中記錄的操作。由于主從復(fù)制的過程是異步的，因此Slave和Master之間的數(shù)據(jù)有可能存在延遲的現(xiàn)象，此時(shí)只能保證數(shù)據(jù)最終的一致性。

（3）數(shù)據(jù)庫分庫與分表

我們知道每臺(tái)機(jī)器無論配置多么好它都有自身的物理上限，所以當(dāng)我們應(yīng)用已經(jīng)能觸及或遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出單臺(tái)機(jī)器的某個(gè)上限的時(shí)候，我們惟有尋找別的機(jī)器的幫助或者繼續(xù)升級(jí)的我們的硬件，但常見的方案還是通過添加更多的機(jī)器來共同承擔(dān)壓力。

我們還得考慮當(dāng)我們的業(yè)務(wù)邏輯不斷增長，我們的機(jī)器能不能通過線性增長就能滿足需求？因此，使用數(shù)據(jù)庫的分庫分表，能夠立竿見影的提升系統(tǒng)的性能，關(guān)于為什么要使用數(shù)據(jù)庫的分庫分表的其他原因這里不再贅述，主要講具體的實(shí)現(xiàn)策略。請(qǐng)看下邊章節(jié)。

二、分表實(shí)現(xiàn)策略

關(guān)鍵字：用戶ID、表容量

對(duì)于大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)的操作基本都與用戶的ID相關(guān)，因此使用用戶ID是最常用的分庫的路由策略。用戶的ID可以作為貫穿整個(gè)系統(tǒng)用的重要字段。因此，使用用戶的ID我們不僅可以方便我們的查詢，還可以將數(shù)據(jù)平均的分配到不同的數(shù)據(jù)庫中。（當(dāng)然，還可以根據(jù)類別等進(jìn)行分表操作，分表的路由策略還有很多方式）

接著上述電商平臺(tái)假設(shè)，訂單表order存放用戶的訂單數(shù)據(jù)，sql腳本如下（只是為了演示，省略部分細(xì)節(jié)）：

CREATE TABLE `order` (
  `order_id` bigint(32) primary key auto_increment,
  `user_id` bigint(32),
   ...
) 

當(dāng)數(shù)據(jù)比較大的時(shí)候，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分表操作，首先要確定需要將數(shù)據(jù)平均分配到多少張表中，也就是：表容量。

這里假設(shè)有100張表進(jìn)行存儲(chǔ)，則我們在進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)候，首先對(duì)用戶ID進(jìn)行取模操作，根據(jù) user_id%100 獲取對(duì)應(yīng)的表進(jìn)行存儲(chǔ)查詢操作，示意圖如下：

例如，user_id = 101 那么，我們在獲取值的時(shí)候的操作，可以通過下邊的sql語句：

select * from order_1 where user_id= 101

其中，order_1是根據(jù) 101%100 計(jì)算所得，表示分表之后的第一章order表。

注意：

在實(shí)際的開發(fā)中，如果你使用MyBatis做持久層的話，MyBatis已經(jīng)提供了很好得支持?jǐn)?shù)據(jù)庫分表的功能，例如上述sql用MyBatis實(shí)現(xiàn)的話應(yīng)該是：

接口定義：

/**
  * 獲取用戶相關(guān)的訂單詳細(xì)信息
  * @param tableNum 具體某一個(gè)表的編號(hào)
  * @param userId 用戶ID
  * @return 訂單列表
  */
public List<Order> getOrder(@Param("tableNum") int tableNum,@Param("userId") int userId);

xml配置映射文件：

<select id="getOrder" resultMap="BaseResultMap">
    select * from order_${tableNum}
    where user_id = #{userId}
  </select>

其中${tableNum} 含義是直接讓參數(shù)加入到sql中，這是MyBatis支持的特性。

注意：
另外，在實(shí)際的開發(fā)中，我們的用戶ID更多的可能是通過UUID生成的，這樣的話，我們可以首先將UUID進(jìn)行hash獲取到整數(shù)值，然后在進(jìn)行取模操作。

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三、分庫實(shí)現(xiàn)策略

數(shù)據(jù)庫分表能夠解決單表數(shù)據(jù)量很大的時(shí)候數(shù)據(jù)查詢的效率問題，但是無法給數(shù)據(jù)庫的并發(fā)操作帶來效率上的提高，因?yàn)榉直淼膶?shí)質(zhì)還是在一個(gè)數(shù)據(jù)庫上進(jìn)行的操作，很容易受數(shù)據(jù)庫IO性能的限制。

因此，如何將數(shù)據(jù)庫IO性能的問題平均分配出來，很顯然將數(shù)據(jù)進(jìn)行分庫操作可以很好地解決單臺(tái)數(shù)據(jù)庫的性能問題。

分庫策略與分表策略的實(shí)現(xiàn)很相似，最簡單的都是可以通過取模的方式進(jìn)行路由。

還是上例，將用戶ID進(jìn)行取模操作，這樣的話獲取到具體的某一個(gè)數(shù)據(jù)庫，同樣關(guān)鍵字有：

用戶ID、庫容量

路由的示意圖如下：

上圖中庫容量為100。

同樣，如果用戶ID為UUID請(qǐng)先hash然后在進(jìn)行取模。

四、分庫與分表實(shí)現(xiàn)策略

上述的配置中，數(shù)據(jù)庫分表可以解決單表海量數(shù)據(jù)的查詢性能問題，分庫可以解決單臺(tái)數(shù)據(jù)庫的并發(fā)訪問壓力問題。

有時(shí)候，我們需要同時(shí)考慮這兩個(gè)問題，因此，我們既需要對(duì)單表進(jìn)行分表操作，還需要進(jìn)行分庫操作，以便同時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)的并發(fā)處理能力和提升單表的查詢性能，就是我們使用到的分庫分表。

分庫分表的策略相對(duì)于前邊兩種復(fù)雜一些，一種常見的路由策略如下：

１、中間變量?。?user_id%（庫數(shù)量*每個(gè)庫的表數(shù)量）;
２、庫序號(hào)　＝　取整（中間變量／每個(gè)庫的表數(shù)量）;
３、表序號(hào)?。健≈虚g變量％每個(gè)庫的表數(shù)量;

例如：數(shù)據(jù)庫有256 個(gè)，每一個(gè)庫中有1024個(gè)數(shù)據(jù)表，用戶的user_id＝262145，按照上述的路由策略，可得：

１、中間變量　＝ 262145%（256*1024）= 1;
２、庫序號(hào)?。健∪≌?／1024）= 0;
３、表序號(hào)?。健?％1024 = 1;

這樣的話，對(duì)于user_id＝262145，將被路由到第０個(gè)數(shù)據(jù)庫的第１個(gè)表中。

示意圖如下：

##　五、分庫分表總結(jié)
關(guān)于分庫分表策略的選擇有很多種，上文中根據(jù)用戶ID應(yīng)該是比較簡單的一種。其他方式比如使用號(hào)段進(jìn)行分區(qū)或者直接使用hash進(jìn)行路由等。有興趣的可以自行查找學(xué)習(xí)。

關(guān)于上文中提到的，如果用戶的ID是通過UUID的方式生成的話，我們需要單獨(dú)的進(jìn)行一次hash操作，然后在進(jìn)行取模操作等，其實(shí)hash本身就是一種分庫分表的策略，使用hash進(jìn)行路由策略的時(shí)候，我們需要知道的是，也就是hash路由策略的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)分布均勻；缺點(diǎn)是：數(shù)據(jù)遷移的時(shí)候麻煩，不能按照機(jī)器性能分?jǐn)倲?shù)據(jù)。

上述的分庫和分表操作，查詢性能和并發(fā)能力都得到了提高，但是還有一些需要注意的就是，例如：原本跨表的事物變成了分布式事物；由于記錄被切分到不同的數(shù)據(jù)庫和不同的數(shù)據(jù)表中，難以進(jìn)行多表關(guān)聯(lián)查詢，并且不能不指定路由字段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。分庫分表之后，如果我們需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)陣容（路由策略變更），將變得非常不方便，需要我們重新進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移。

六、總結(jié)

上述中，我們學(xué)到了如何進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的讀寫分離和分庫分表，那么，是不是可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可擴(kuò)展、高性能、高并發(fā)的網(wǎng)站那？很顯然還不可以!一個(gè)大型的網(wǎng)站使用到的技術(shù)遠(yuǎn)不止這些，可以說，這些都是其中的最基礎(chǔ)的一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)檫€有很多具體的細(xì)節(jié)我們沒有掌握到，比如：數(shù)據(jù)庫的集群控制，集群的負(fù)載均衡，災(zāi)難恢復(fù)，故障自動(dòng)切換，事務(wù)管理等等技術(shù)。因此，還有很多需要去學(xué)習(xí)去研究的地方。

總之：

路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。

前方道路美好而光明，2017年新征程，不泄步！