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ShardingSphere 解决海量数据分库分表

ShardingSphere 解决海量数据分库分表

作者：Tom哥
公众号：微观技术
博客：https://offercome.cn
人生理念：知道的越多，不知道的越多，努力去学

Spring Boot 作为主流微服务框架，拥有成熟的社区生态。市场应用广泛，为了方便大家，整理了一个基于spring boot的常用中间件快速集成入门系列手册，涉及RPC、缓存、消息队列、分库分表、注册中心、分布式配置等常用开源组件，大概有几十篇文章，陆续会开放出来，感兴趣同学可以关注&收藏

互联网高速发展，同时也带来的海量数据存储问题。传统关系型数据库的单库单表已经很难支撑，如何高效存储和访问这些数据，成为业内急需解决的问题。解决思路有两个方向：

  • NoSQL数据库，非关系型数据库，天然集成了类似分布式分片的功能，支持海量数据存储，但是不具备事务管理
  • 分库分表，对多个单库单表资源整合，并配备资源调度模块，从而形成一个具有海量数据储存的逻辑表。

今天我们主要介绍，如何基于Springboot快速集成分库分表框架，尽量做到开箱即用

当然除了ShardingSphere之外，还有其他分库分表框架，如：Cobar，MyCat等

1、ShardingSphere介绍

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，它由 3 款相互独立，却又能够混合部署配合使用的产品组成。它们均提供标准化的数据分片、分布式事务和数据库治理功能

ShardingSphere 由三个子项目组成，形成一个完整的数据库解决方案。

1、ShardingSphere-JDBC：定位为轻量级 Java 框架，在 Java 的 JDBC 层提供额外服务。它使用客户端直连数据库，以 jar 包形式提供服务，无需额外部署和依赖，可理解为增强版的 JDBC 驱动，完全兼容 JDBC 和各种 ORM 框架。 

适用于任何基于Java的ORM框架，如：JPA, Hibernate, Mybatis, Spring JDBC Template或直接使用JDBC。基于任何第三方的数据库连接池，如：DBCP, C3P0, BoneCP, Druid, HikariCP等。支持任意实现JDBC规范的数据库。目前支持MySQL，Oracle，SQLServer和PostgreSQL。

2、ShardingSphere-Proxy：定位为透明化的数据库代理端，提供封装了数据库二进制协议的服务端版本，用于完成对异构语言的支持。目前提供 MySQL/PostgreSQL 版本，它可以使用任何兼容 MySQL/PostgreSQL 协议的访问客户端操作数据，对 DBA 更加友好。

3、ShardingSphere-Sidecar（规划中）：定位为 Kubernetes 的云原生数据库代理，以 Sidecar 的形式代理所有对数据库的访问。通过无中心、零侵入的方案提供与数据库交互的的啮合层，即 Database Mesh，又可称数据网格。

优势：

  • 解决方案完备性，它集客户端分片、代理服务器，以及分布式数据库的核心功能于一身。

  • 开发友好性，提供了友好的集成方式，业务开发人员只需要引入一个 JAR 包就能在业务代码中嵌入数据分片、读写分离、分布式事务、数据库治理等一系列功能。

  • 可插拔的系统扩展性：它的很多核心功能均通过插件的形式提供，供开发者排列组合来定制属于自己的独特系统。

2、项目示例

首先，新建一个工程spring-boot-bulking-sharding-sphere，在pom.xml 文件中添加分库分表的 starter 依赖包

<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-jdbc-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>4.0.0-RC1</version>
</dependency>

数据环境准备

分别创建两个数据库ds0、ds1 ，在ds0数据库中创建 user_0、user_2两张用户表

CREATE TABLE `user_0` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_name` varchar(128) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户名',
  `age` int(11) NOT NULL  COMMENT '年龄',
  `address` varchar(128) COMMENT '地址',
   PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB  DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='用户表';

CREATE TABLE `user_2` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_name` varchar(128) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户名',
  `age` int(11) NOT NULL  COMMENT '年龄',
  `address` varchar(128) COMMENT '地址',
   PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB  DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='用户表';

在ds1数据库中创建 user_1、user_3两张用户表

CREATE TABLE `user_1` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_name` varchar(128) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户名',
  `age` int(11) NOT NULL  COMMENT '年龄',
  `address` varchar(128) COMMENT '地址',
   PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB  DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='用户表';

CREATE TABLE `user_3` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_name` varchar(128) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户名',
  `age` int(11) NOT NULL  COMMENT '年龄',
  `address` varchar(128) COMMENT '地址',
   PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB  DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='用户表';

我们采用Mybatis作为ORM框架，遵循Mybatis的开发流程，首先需要定义业务实体类User，Mapper接口类文件，以及对应的sql语句的xml文件。

@Mapper
public interface UserMapper {

    Long addUser(User user);

    List<User> queryAllUser();

    User queryUserById(Long id);

    Page<User> querUserByPage();
}

Spring boot 框架最为闪亮的设计就是约定胜于配置，废弃了之前繁琐的xml形式定义Bean实例，将一系列框架的配置项迁移到 application.properties 中，借助 EnableAutoConfiguration自动完成装载，并实例化相应的Bean实例到 spring 容器中，IOC统一管理。

针对两个数据库初始化两个DataSource对象，这两个 DataSource 对象将组成一个 Map 并传递给ShardingDataSourceFactory 工厂类，application.properties 配置文件：

server.port=8090
application.name=spring-boot-bulking-sharding-sphere
mybatis.config-location=classpath:config/mybatis-config.xml
spring.shardingsphere.datasource.names=ds0,ds1

# 数据源
spring.shardingsphere.datasource.ds0.type=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
spring.shardingsphere.datasource.ds0.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.ds0.url=jdbc:mysql://localhost:3306/ds0?characterEncoding=utf-8
spring.shardingsphere.datasource.ds0.username=root
spring.shardingsphere.datasource.ds0.password=111111
spring.shardingsphere.datasource.ds1.type=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
spring.shardingsphere.datasource.ds1.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.ds1.url=jdbc:mysql://localhost:3306/ds1?characterEncoding=utf-8
spring.shardingsphere.datasource.ds1.username=root
spring.shardingsphere.datasource.ds1.password=111111

搞定数据源后，接下来我们需要设置分库、分表策略。

# 不分表（application.properties没有为表单独配置），默认数据源策略
spring.shardingsphere.sharding.default-data-source-name=ds1

# user表的分表配置
spring.shardingsphere.sharding.tables.user.actual-data-nodes=ds0.user_$->{[0,2]},ds1.user_$->{[1,3]}
# user库策略（也可以采用默认的）
spring.shardingsphere.sharding.tables.user.database-strategy.inline.sharding-column=id
spring.shardingsphere.sharding.tables.user.database-strategy.inline.algorithm-expression=ds$->{id % 2}
# user表策略
spring.shardingsphere.sharding.tables.user.table-strategy.inline.sharding-column=id
spring.shardingsphere.sharding.tables.user.table-strategy.inline.algorithm-expression=user_$->{id % 4}
#spring.shardingsphere.sharding.tables.user.key-generator.column=id
#spring.shardingsphere.sharding.tables.user.key-generator.type=SNOWFLAKE

在 ShardingSphere 中存在一组 ShardingStrategyConfiguration，这里使用的是基于行表达式的 InlineShardingStrategyConfiguration。

InlineShardingStrategyConfiguration 包含两个参数，一个是指定分片列名称的 shardingColumn，另一个是指定分片算法行表达式的 algorithmExpression。上面的示例，将基于 id 列对 2 的取模值来确定数据应该存储在哪一个数据库中

我们对user表做了分库分表，拆分成4个表，并分别归属到两个库中。分表键是id字段。

通过单元测试，插入 10条用户记录，验收下数据的插入情况~

@Test
public void addUser() {
    for (long i = 1; i < 11; i++) {
        User user = User.builder().id(i).userName("TomGE").age(29).address("杭州").build();
        userMapper.addUser(user);
        System.out.println("插入用户成功，uid=" + user.getId());
    }

}

其中id=4，id=8 两条记录，插入到ds0库的user_0表中。

3、项目源码

https://github.com/aalansehaiyang/spring-boot-bulking  

模块：spring-boot-bulking-sharding-sphere