數據庫分庫分表策略的具體實現方案

一、MySQL擴展具體的實現方式

隨著業務規模的不斷擴大，需要選擇合適的方案去應對數據規模的增長，以應對逐漸增長的訪問壓力和數據量。

關于數據庫的擴展主要包括：業務拆分、主從復制，數據庫分庫與分表。這篇文章主要講述數據庫分庫與分表

（1）業務拆分

業務起步初始，為了加快應用上線和快速迭代，很多應用都采用集中式的架構。隨著業務系統的擴大，系統變得越來越復雜，越來越難以維護，開發效率變得越來越低，并且對資源的消耗也變得越來越大，通過硬件提高系統性能的方式帶來的成本也越來越高。

因此，在選型初期，一個優良的架構設計是后期系統進行擴展的重要保障。

例如：電商平臺，包含了用戶、商品、評價、訂單等幾大模塊，最簡單的做法就是在一個數據庫中分別創建users、shops、comment、order四張表。

但是，隨著業務規模的增大，訪問量的增大，我們不得不對業務進行拆分。每一個模塊都使用單獨的數據庫來進行存儲，不同的業務訪問不同的數據庫，將原本對一個數據庫的依賴拆分為對4個數據庫的依賴，這樣的話就變成了4個數據庫同時承擔壓力，系統的吞吐量自然就提高了。

（2）主從復制

上圖是網上的一張關于MySQL的Master和Slave之間數據同步的過程圖。

主要講述了MySQL主從復制的原理：數據復制的實際就是Slave從Master獲取Binary log文件，然后再本地鏡像的執行日志中記錄的操作。由于主從復制的過程是異步的，因此Slave和Master之間的數據有可能存在延遲的現象，此時只能保證數據最終的一致性。

（3）數據庫分庫與分表

我們知道每臺機器無論配置多么好它都有自身的物理上限，所以當我們應用已經能觸及或遠遠超出單臺機器的某個上限的時候，我們惟有尋找別的機器的幫助或者繼續升級的我們的硬件，但常見的方案還是通過添加更多的機器來共同承擔壓力。

我們還得考慮當我們的業務邏輯不斷增長，我們的機器能不能通過線性增長就能滿足需求？因此，使用數據庫的分庫分表，能夠立竿見影的提升系統的性能，關于為什么要使用數據庫的分庫分表的其他原因這里不再贅述，主要講具體的實現策略。請看下邊章節。

二、分表實現策略

關鍵字：用戶ID、表容量

對于大部分數據庫的設計和業務的操作基本都與用戶的ID相關，因此使用用戶ID是最常用的分庫的路由策略。用戶的ID可以作為貫穿整個系統用的重要字段。因此，使用用戶的ID我們不僅可以方便我們的查詢，還可以將數據平均的分配到不同的數據庫中。（當然，還可以根據類別等進行分表操作，分表的路由策略還有很多方式）

接著上述電商平臺假設，訂單表order存放用戶的訂單數據，sql腳本如下（只是為了演示，省略部分細節）：

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

當數據比較大的時候，對數據進行分表操作，首先要確定需要將數據平均分配到多少張表中，也就是：表容量。

這里假設有100張表進行存儲，則我們在進行存儲數據的時候，首先對用戶ID進行取模操作，根據 user_id%100 獲取對應的表進行存儲查詢操作，示意圖如下：

例如，user_id = 101 那么，我們在獲取值的時候的操作，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 101%100 計算所得，表示分表之后的第一章order表。

注意：

在實際的開發中，如果你使用MyBatis做持久層的話，MyBatis已經提供了很好得支持數據庫分表的功能，例如上述sql用MyBatis實現的話應該是：

接口定義：

/**
  * 獲取用戶相關的訂單詳細信息
  * @param tableNum 具體某一個表的編號
  * @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} 含義是直接讓參數加入到sql中，這是MyBatis支持的特性。

注意：
另外，在實際的開發中，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進行hash獲取到整數值，然后在進行取模操作。

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三、分庫實現策略

數據庫分表能夠解決單表數據量很大的時候數據查詢的效率問題，但是無法給數據庫的并發操作帶來效率上的提高，因為分表的實質還是在一個數據庫上進行的操作，很容易受數據庫IO性能的限制。

因此，如何將數據庫IO性能的問題平均分配出來，很顯然將數據進行分庫操作可以很好地解決單臺數據庫的性能問題。

分庫策略與分表策略的實現很相似，最簡單的都是可以通過取模的方式進行路由。

還是上例，將用戶ID進行取模操作，這樣的話獲取到具體的某一個數據庫，同樣關鍵字有：

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請先hash然后在進行取模。

四、分庫與分表實現策略

上述的配置中，數據庫分表可以解決單表海量數據的查詢性能問題，分庫可以解決單臺數據庫的并發訪問壓力問題。

有時候，我們需要同時考慮這兩個問題，因此，我們既需要對單表進行分表操作，還需要進行分庫操作，以便同時擴展系統的并發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于前邊兩種復雜一些，一種常見的路由策略如下：

１、中間變量　＝ user_id%（庫數量*每個庫的表數量）;
２、庫序號　＝　取整（中間變量／每個庫的表數量）;
３、表序號　＝　中間變量％每個庫的表數量;

例如：數據庫有256 個，每一個庫中有1024個數據表，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　＝　取整（1／1024）= 0;
３、表序號　＝　1％1024 = 1;

這樣的話，對于user_id＝262145，將被路由到第０個數據庫的第１個表中。

示意圖如下：

##　五、分庫分表總結
關于分庫分表策略的選擇有很多種，上文中根據用戶ID應該是比較簡單的一種。其他方式比如使用號段進行分區或者直接使用hash進行路由等。有興趣的可以自行查找學習。

關于上文中提到的，如果用戶的ID是通過UUID的方式生成的話，我們需要單獨的進行一次hash操作，然后在進行取模操作等，其實hash本身就是一種分庫分表的策略，使用hash進行路由策略的時候，我們需要知道的是，也就是hash路由策略的優缺點，優點是：數據分布均勻；缺點是：數據遷移的時候麻煩，不能按照機器性能分攤數據。

上述的分庫和分表操作，查詢性能和并發能力都得到了提高，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據庫和不同的數據表中，難以進行多表關聯查詢，并且不能不指定路由字段對數據進行查詢。分庫分表之后，如果我們需要對系統進行進一步的擴陣容（路由策略變更），將變得非常不方便，需要我們重新進行數據遷移。

六、總結

上述中，我們學到了如何進行數據庫的讀寫分離和分庫分表，那么，是不是可以實現一個可擴展、高性能、高并發的網站那？很顯然還不可以!一個大型的網站使用到的技術遠不止這些，可以說，這些都是其中的最基礎的一個環節，因為還有很多具體的細節我們沒有掌握到，比如：數據庫的集群控制，集群的負載均衡，災難恢復，故障自動切換，事務管理等等技術。因此，還有很多需要去學習去研究的地方。

總之：

路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。

前方道路美好而光明，2017年新征程，不泄步！