• 分库分表如何管理不同实例中几万张分片表?
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前言
ShardingSphere框架成员中的Shardingsphere-jdbc和Shardingsphere-proxy都提供了自动化管理分片表的功能auto-tables,可以统一维护大量的分片表,避免了手动编写脚本和维护分片表的繁琐工作,极大程度减少分库分表的开发和维护成本,提升效率和可靠性。

这里咱们先使用Shardingsphere-jdbc来实际操作一下,Shardingsphere-proxy方式后续会有单独的文章详细讲解,就不在这里展开了。

准备工作
假设我们要对t_order表进行分库分表,首先我们要做的就是确定好分片方案,这里使用两个数据库实例db0、db1,每个实例中t_order表分成1000张分片表t_order_1 ~ t_order_1000,order_id字段作为分片键,分片算法使用取模算法order_id % n,分布式主键生成策略采用snowflake。

t_order逻辑表的表结构如下:
CREATE TABLE `t_order` (
 `order_id` BIGINT ( 20 ) NOT NULL COMMENT "订单表分布式主健ID",
 `order_number` VARCHAR ( 255 ) NOT NULL COMMENT "订单号",
 `customer_id` BIGINT ( 20 ) NOT NULL COMMENT "用户ID",
 `order_date` date NOT NULL COMMENT "下单时间",
 `total_amount` DECIMAL ( 10, 2 ) NOT NULL COMMENT "订单金额",
    PRIMARY KEY ( `order_id` ) USING BTREE 
);
有了这些基础信息,可以先来进行t_order表的分片配置了,不考虑其他因素,这里先Run起来!

分片规则配置
设定好分片规则,接着编写逻辑表t_order的分片规则的配置,我分别使用yml配置和Java编码两种方式做了实现。要注意的是两种方式不要并存,不然启动会报错。

yml配置方式
使用yml配置相对简单易用比较直观,适合对分库分表要求不太复杂的场景,完整配置如下:
spring:
  shardingsphere:
    datasource:
      # 数据源名称,多数据源以逗号分隔 ,放在第一个的数据源为未配置分片规则表的默认数据源
      names: db0 , db1
      # 名称与上边 names 保持一致
      db0:
      ....

      db1:
      ....
    # 具体规则配置
    rules:
      sharding:
        # 分片算法定义
        sharding-algorithms:
          # 自定义分片算法名称
          t_order_database_algorithms:
            # 分片算法类型
            type: INLINE
            # 自定义参数
            props:
              algorithm-expression: db$->{order_id % 2}
          t_order_table_algorithms:
            type: INLINE
            props:
              algorithm-expression: t_order_$->{order_id % 1000}
          t_order_mod:
            type: MOD
            props:
              # 指定分片数量
              sharding-count: 1000
        # 分布式序列算法配置
        key-generators:
          t_order_snowflake:
            type: SNOWFLAKE
            # 分布式序列算法属性配置
            props:
              worker-id: 1
        tables:
          # 逻辑表名称
          t_order:
            # 数据节点:数据库.分片表
            actual-data-nodes: db$->{0..1}.t_order_$->{1..1000}
            # 分库策略
            database-strategy:
              standard:
                # 分片列名称
                sharding-column: order_id
                # 分片算法名称
                sharding-algorithm-name: t_order_database_algorithms
            # 分表策略
            table-strategy:
              standard:
                # 分片列名称
                sharding-column: order_id
                # 分片算法名称
                sharding-algorithm-name: t_order_table_algorithms
            # 主键生成策略
            keyGenerateStrategy:
              column: order_id
              keyGeneratorName: t_order_snowflake
    # 属性配置
    props:
      # 展示修改以后的sql语句
      sql-show: true
Java编码方式
使用Java编码方式更加灵活和可扩展,可以根据业务定制分片规则,适合对分库分表有特殊需求或需要动态调整的场景。
/**
 * 堆代码 duidaima.com
 */
@Configuration
public class ShardingConfiguration {

    /**
     * 配置分片数据源
     */
    @Bean
    public DataSource getShardingDataSource() throws SQLException {
        Map<String, DataSource> dataSourceMap = new HashMap<>();
        dataSourceMap.put("db0", dataSource0());
        dataSourceMap.put("db1", dataSource1());

        // 分片rules规则配置
        ShardingRuleConfiguration shardingRuleConfig = new ShardingRuleConfiguration();

        // 分片算法
        shardingRuleConfig.setShardingAlgorithms(getShardingAlgorithms());
        // 配置 t_order 表分片规则
        ShardingTableRuleConfiguration orderTableRuleConfig = new ShardingTableRuleConfiguration("t_order", "db${0..1}.t_order_${1..1000}");
        orderTableRuleConfig.setTableShardingStrategy(new StandardShardingStrategyConfiguration("order_id", "t_order_table_algorithms"));
        orderTableRuleConfig.setDatabaseShardingStrategy(new StandardShardingStrategyConfiguration("order_id", "t_order_database_algorithms"));
        shardingRuleConfig.getTables().add(orderTableRuleConfig);

        // 是否在控制台输出解析改造后真实执行的 SQL
        Properties properties = new Properties();
        properties.setProperty("sql-show", "true");

        // 创建 ShardingSphere 数据源
        return ShardingSphereDataSourceFactory.createDataSource(dataSourceMap, Collections.singleton(shardingRuleConfig), properties);
    }

    /**
     * 配置数据源1
     */
    public DataSource dataSource0() {
        HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource();
        dataSource.setDriverClassName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
        dataSource.setJdbcUrl("jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/db0?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&useSSL=false&serverTimezone=Asia/Shanghai&allowPublicKeyRetrieval=true");
        dataSource.setUsername("root");
        dataSource.setPassword("123456");
        return dataSource;
    }

    /**
     * 配置数据源2
     */
    public DataSource dataSource1() {
        HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource();
        dataSource.setDriverClassName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
        dataSource.setJdbcUrl("jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/db1?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&useSSL=false&serverTimezone=Asia/Shanghai&allowPublicKeyRetrieval=true");
        dataSource.setUsername("root");
        dataSource.setPassword("123456");
        return dataSource;
    }

    /**
     * 配置分片算法
     */
    private Map<String, AlgorithmConfiguration> getShardingAlgorithms() {
        Map<String, AlgorithmConfiguration> shardingAlgorithms = new LinkedHashMap<>();

        // 自定义分库算法
        Properties databaseAlgorithms = new Properties();
        databaseAlgorithms.setProperty("algorithm-expression", "db$->{order_id % 2}");
        shardingAlgorithms.put("t_order_database_algorithms", new AlgorithmConfiguration("INLINE", databaseAlgorithms));

        // 自定义分表算法
        Properties tableAlgorithms = new Properties();
        tableAlgorithms.setProperty("algorithm-expression", "db$->{order_id % 1000}");
        shardingAlgorithms.put("t_order_table_algorithms", new AlgorithmConfiguration("INLINE", tableAlgorithms));

        return shardingAlgorithms;
    }
}
上面我们在应用中编写好了分片规则,现在就差在数据库实例中创建分片表了,手动创建和管理1000张分片表确实是一个又脏又累的活,反正我是不会干的!

管理分片表
其实,ShardingSphere内已经为我们提供了管理分片表的能力。当一张逻辑表t_order被配置了分片规则,那么接下来对逻辑表的各种DDL操作(例如创建表、修改表结构等),命令和数据会根据分片规则,执行和存储到每个分片数据库和分片库中的相应分片表中,以此保持整个分片环境的一致性。

不过,使用Shardingsphere-jdbc管理分片表的过程中,是需要我们手动编写对逻辑表的DDL操作的代码。我们来跑几个单元测试用例来观察实际的执行效果,直接使用jdbcTemplate执行创建逻辑表t_order的SQL。
/**
 * 自动创建分片表
 */
@SpringBootTest
class AutoCreateTablesTests {
    @Resource
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;
    /**
     * 执行创建逻辑表的SQL,会根据AutoTables的配置自动在对应的数据源内创建分片表
     * @author 公众号:程序员小富
     */
    @Test
    public void autoCreateOrderTableTest() {

        jdbcTemplate.execute("CREATE TABLE `t_order` (\n" +
                "  `order_id` bigint(20) NOT NULL,\n" +
                "  `order_number` varchar(255) NOT NULL,\n" +
                "  `customer_id` bigint(20) NOT NULL,\n" +
                "  `order_date` date NOT NULL,\n" +
                "  `total_amount` decimal(10,2) NOT NULL,\n" +
                "  PRIMARY KEY (`order_id`) USING BTREE\n" +
                ");");
    }
}
根据之前配置的分片规则,将会在两个数据库实例 db0 和 db1 中,分别生成1000张命名为t_order_1到t_order_1000的分片表,看到两个数据库均成功创建了1000张分片表。

在次执行更新t_order表SQL,将字段order_number长度从 varchar(255)扩展到 varchar(500),执行SQL看下效果。
/**
 * 自动创建分片表
 * @date 2023/12/31 17:25
 */
@SpringBootTest
class AutoCreateTablesTests {
    @Resource
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;
    
    @Test
    public void autoModifyOrderTableTest() {

        jdbcTemplate.execute("ALTER TABLE t_order MODIFY COLUMN order_number varchar(500);");
    }
}
通过查看两个分片库,我们成功地将所有分片表的order_number字段长度更改为了varchar(500),在控制台日志中,可以看到它是通过在每个分片库内依次执行了1000次命令实现的。

Shardingsphere-jdbc实现分库分表时,可以采用这种默认的方式来管理分片表。但要注意的是,由于涉及到不同的数据库实例,如果不使用第三方的分布式事务管理工具(例如Seata等),执行过程是无法保证事务一致性的。

自定义管理分片表
上边为逻辑表配置分片规则,应用程序内执行对逻辑表的DDL操作,就可以很轻松的管理分片表。

自定义
不过,默认的分片管理还是有局限性的,我们在设计分片规则时往往会根据不同的业务维度来划分,例如按天、月、按季度生成分片表并分布到不同数据源中等。这样就需要一些自定义的规则来实现。

ShardingSphere 5.X版本后推出了一种新的管理分片配置方式:AutoTable。设置了AutoTable的逻辑表,将交由ShardingSphere自动管理分片,用户只需要指定分片数量和使用的数据库实例,无需再关心表的具体分布,配置格式如下:
spring:
  shardingsphere:
    # 数据源配置
    datasource:
      ......
    # 具体规则配置
    rules:
      sharding:
        # 逻辑表分片规则
        tables:
          # 逻辑表名称
          t_order:
            .....
        # 自动分片表规则配置
        auto-tables:
          t_order: # 逻辑表名称
            actual-data-sources: db$->{0..1}
            sharding-strategy: # 切分策略
              standard: # 用于单分片键的标准分片场景
                sharding-column: order_id # 分片列名称
                sharding-algorithm-name: t_order_mod # 自动分片算法名称
ShardingSphere-Jdbc中配置使用auto-tables主要两个参数,actual-data-sources指定数据源分布,由于是管理分片表所以只需数据源信息即可;sharding-strategy指具体采用何种算法来进行分片。对逻辑表的DDL操作,系统会首先检查是否配置了AutoTable,如果已配置,则优先采用配置的规则;若未配置,则将使用默认的逻辑表分片规则。

AutoTable支持ShardingSphere内置的全部自动分片算法,所谓自动分片算法就是根据actualDataSources设置的数据源信息,使用对应内置算法自行解析处理。
MOD:取模分片算法
HASH_MOD:哈希取模分片算法
VOLUME_RANGE:基于分片容量的范围分片算法
BOUNDARY_RANGE:基于分片边界的范围分片算法

AUTO_INTERVAL:自动时间段分片算法


AutoTable使用
举个例子,我们使用内置MOD取模算法作为AutoTable的分片算法,同样是db0、db1两个实例中各创建1000张分片表。那么当对逻辑表的DDL操作时,ShardingSphere会依据分片表编号t_order_0~t_order_1999 % 数据库实例数取模来确认DDL命令路由到哪个实例中执行。
spring:
  shardingsphere:
    # 数据源配置
    datasource:
      .....
    # 具体规则配置
    rules:
      sharding:
        # 自动分片表规则配置
        auto-tables:
          t_order:
            actual-data-sources: db$->{0..1}
            sharding-strategy:
              standard:
                sharding-column: order_date
                sharding-algorithm-name: t_order_mod
        # 分片算法定义
        sharding-algorithms:
          t_order_mod:
            type: MOD
            props:
              # 指定分片数量
              sharding-count: 2000
还是执行刚才创建表的单元测试,会发现db0、db1两个实例中已经各自创建了1000张分片表,但你会发现1000张表已经不再是按照顺序创建的了。

上边使用的是内置自动分片算法,它对于我们来说是黑盒,提供它方便我们拿来即用。不过,如果想要做到更细粒度的管理分片表,最好的办法就是自定义分片算法,后续章节会介绍所有内置分片算法和自定义分片算法的使用。

总结
在使用ShardingSphere实现分库分表的时候,要摒弃先建表、再配规则的传统思维,要先确定规则在建表,管理表是一件很简单的事,我们只要告诉ShardingSphere分片数量和分布规则,剩下的就让框架来处理就好了。
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