当前位置:首页 > 数据库 > 数据库怎么分库分表

数据库怎么分库分表

2022年11月06日 09:27:06数据库8

摘自:https://juejin.im/post/6844903992909103117

数据库瓶颈

不管是IO瓶颈还是CPU瓶颈,最终都会导致数据库的活跃连接数增加,进而逼近甚至达到数据库可承载的活跃连接数的阈值。在业务service来看,

就是可用数据库连接少甚至无连接可用,接下来就可以想象了(并发量、吞吐量、崩溃)。

IO瓶颈

  • 第一种:磁盘读IO瓶颈,热点数据太多,数据库缓存放不下,每次查询会产生大量的IO,降低查询速度->分库和垂直分表

  • 第二种:网络IO瓶颈,请求的数据太多,网络带宽不够 ->分库

CPU瓶颈

  • 第一种:SQl问题:如SQL中包含join,group by, order by,非索引字段条件查询等,增加CPU运算的操作->SQL优化,建立合适的索引,在业务Service层进行业务计算。

  • 第二种:单表数据量太大,查询时扫描的行太多,SQl效率低,增加CPU运算的操作。->水平分表。

分库分表

水平分库

数据库怎么分库分表 _ JavaClub全栈架构师技术笔记

1、概念:以字段为依据,按照一定策略(hash、range等),将一个库中的数据拆分到多个库中。

2、结果:

  • 每个库的结构都一样

  • 每个库中的数据不一样,没有交集

  • 所有库的数据并集是全量数据  

3、场景:系统绝对并发量上来了,分表难以根本上解决问题,并且还没有明显的业务归属来垂直分库的情况下。

4、分析:库多了,io和cpu的压力自然可以成倍缓解

水平分表

数据库怎么分库分表 _ JavaClub全栈架构师技术笔记

1、概念:以字段为依据,按照一定策略(hash、range等),讲一个表中的数据拆分到多个表中。 
2、结果:

  • 每个表的结构都一样

  • 每个表的数据不一样,没有交集,所有表的并集是全量数据。 

3、场景:系统绝对并发量没有上来,只是单表的数据量太多,影响了SQL效率,加重了CPU负担,以至于成为瓶颈,可以考虑水平分表。 
4、分析:单表的数据量少了,单次执行SQL执行效率高了,自然减轻了CPU的负担。

垂直分库

数据库怎么分库分表 _ JavaClub全栈架构师技术笔记

1、概念:以表为依据,按照业务归属不同,将不同的表拆分到不同的库中。 
2、结果:

  • 每个库的结构都不一样

  • 每个库的数据也不一样,没有交集

  • 所有库的并集是全量数据

3、场景:系统绝对并发量上来了,并且可以抽象出单独的业务模块的情况下。 
4、分析:到这一步,基本上就可以服务化了。例如:随着业务的发展,一些公用的配置表、字典表等越来越多,这时可以将这些表拆到单独的库中,甚至可以服务化。再者,随着业务的发展孵化出了一套业务模式,这时可以将相关的表拆到单独的库中,甚至可以服务化。

垂直分表

数据库怎么分库分表 _ JavaClub全栈架构师技术笔记

1、概念:以字段为依据,按照字段的活跃性,将表中字段拆到不同的表中(主表和扩展表)。

2、结果:

  • 每个表的结构不一样。

  • 每个表的数据也不一样,一般来说,每个表的字段至少有一列交集,一般是主键,用于关联数据。

  • 所有表的并集是全量数据。3、场景:系统绝对并发量并没有上来,表的记录并不多,但是字段多,并且热点数据和非热点数据在一起,单行数据所需的存储空间较大,以至于数据库缓存的数据行减少,查询时回去读磁盘数据产生大量随机读IO,产生IO瓶颈。 

4、分析:可以用列表页和详情页来帮助理解。垂直分表的拆分原则是将热点数据(可能经常会查询的数据)放在一起作为主表,非热点数据放在一起作为扩展表,这样更多的热点数据就能被缓存下来,进而减少了随机读IO。拆了之后,要想获取全部数据就需要关联两个表来取数据。

但记住千万别用join,因为Join不仅会增加CPU负担并且会将两个表耦合在一起(必须在一个数据库实例上)。关联数据应该在service层进行,分别获取主表和扩展表的数据,然后用关联字段关联得到全部数据。

分库分表工具

  • sharding-jdbc(当当)

  • TSharding(蘑菇街)

  • Atlas(奇虎360)

  • Cobar(阿里巴巴)

  • MyCAT(基于Cobar)

  • Oceanus(58同城)

  • Vitess(谷歌) 各种工具的利弊自查

分库分表带来的问题

分库分表能有效缓解单机和单表带来的性能瓶颈和压力,突破网络IO、硬件资源、连接数的瓶颈,同时也带来一些问题,下面将描述这些问题和解决思路。

事务一致性问题

分布式事务

当更新内容同时存在于不同库找那个,不可避免会带来跨库事务问题。跨分片事务也是分布式事务,没有简单的方案,一般可使用“XA协议”和“两阶段提交”处理。 
分布式事务能最大限度保证了数据库操作的原子性。但在提交事务时需要协调多个节点,推后了提交事务的时间点,延长了事务的执行时间,导致事务在访问共享资源时发生冲突或死锁的概率增高。随着数据库节点的增多,这种趋势会越来越严重,从而成为系统在数据库层面上水平扩展的枷锁。

最终一致性

对于那些性能要求很高,但对一致性要求不高的系统,往往不苛求系统的实时一致性,只要在允许的时间段内达到最终一致性即可,可采用事务补偿的方式。与事务在执行中发生错误立刻回滚的方式不同,事务补偿是一种事后检查补救的措施,一些常见的实现方法有:对数据进行对账检查,基于日志进行对比,定期同标准数据来源进行同步等。

跨节点关联查询join问题

切分之前,系统中很多列表和详情表的数据可以通过join来完成,但是切分之后,数据可能分布在不同的节点上,此时join带来的问题就比较麻烦了,考虑到性能,尽量避免使用Join查询。解决的一些方法:

全局表

全局表,也可看做“数据字典表”,就是系统中所有模块都可能依赖的一些表,为了避免库join查询,可以将这类表在每个数据库中都保存一份。这些数据通常很少修改,所以不必担心一致性的问题。

字段冗余

一种典型的反范式设计,利用空间换时间,为了性能而避免join查询。例如,订单表在保存userId的时候,也将userName也冗余的保存一份,这样查询订单详情顺表就可以查到用户名userName,就不用查询买家user表了。但这种方法适用场景也有限,比较适用依赖字段比较少的情况,而冗余字段的一致性也较难保证。

数据组装

在系统service业务层面,分两次查询,第一次查询的结果集找出关联的数据id,然后根据id发起器二次请求得到关联数据,最后将获得的结果进行字段组装。这是比较常用的方法。

ER分片

关系型数据库中,如果已经确定了表之间的关联关系(如订单表和订单详情表),并且将那些存在关联关系的表记录存放在同一个分片上,那么就能较好地避免跨分片join的问题,可以在一个分片内进行join。在1:1或1:n的情况下,通常按照主表的ID进行主键切分。

跨节点分页、排序、函数问题

跨节点多库进行查询时,会出现limit分页、order by
排序等问题。分页需要按照指定字段进行排序,当排序字段就是分页字段时,通过分片规则就比较容易定位到指定的分片;当排序字段非分片字段时,就变得比较复杂.
需要先在不同的分片节点中将数据进行排序并返回,然后将不同分片返回的结果集进行汇总和再次排序,最终返回给用户 如下图:

数据库怎么分库分表 _ JavaClub全栈架构师技术笔记

上图只是取第一页的数据,对性能影响还不是很大。但是如果取得页数很大,情况就变得复杂的多,因为各分片节点中的数据可能是随机的,为了排序的准确性,需要将所有节点的前N页数据都排序好做合并,最后再进行整体排序,这样的操作很耗费CPU和内存资源,所以页数越大,系统性能就会越差。

在使用Max、Min、Sum、Count之类的函数进行计算的时候,也需要先在每个分片上执行相应的函数,然后将各个分片的结果集进行汇总再次计算。

全局主键避重问题

在分库分表环境中,由于表中数据同时存在不同数据库中,主键值平时使用的自增长将无用武之地,某个分区数据库自生成ID无法保证全局唯一。因此需要单独设计全局主键,避免跨库主键重复问题。这里有一些策略:

UUID

UUID标准形式是32个16进制数字,分为5段,形式是8-4-4-4-12的36个字符。
UUID是最简单的方案,本地生成,性能高,没有网络耗时,但是缺点明显,占用存储空间多,另外作为主键建立索引和基于索引进行查询都存在性能问题,尤其是InnoDb引擎下,UUID的无序性会导致索引位置频繁变动,导致分页。

结合数据库维护主键ID表

在数据库中建立sequence表:

    CREATE TABLE `sequence` (  
      `id` bigint(20) unsigned NOT NULL auto_increment,  
      `stub` char(1) NOT NULL default '',  
      PRIMARY KEY  (`id`),  
      UNIQUE KEY `stub` (`stub`)  
    ) ENGINE=MyISAM;

stub字段设置为唯一索引,同一stub值在sequence表中只有一条记录,可以同时为多张表生辰全局ID。使用MyISAM引擎而不是InnoDb,已获得更高的性能。MyISAM使用的是表锁,对表的读写是串行的,所以不用担心并发时两次读取同一个ID。当需要全局唯一的ID时,执行:

    REPLACE INTO sequence (stub) VALUES ('a');  
    SELECT 1561439;  

此方案较为简单,但缺点较为明显:存在单点问题,强依赖DB,当DB异常时,整个系统不可用。配置主从可以增加可用性。另外性能瓶颈限制在单台Mysql的读写性能。

另有一种主键生成策略,类似sequence表方案,更好的解决了单点和性能瓶颈问题。这一方案的整体思想是:建立2个以上的全局ID生成的服务器,每个服务器上只部署一个数据库,每个库有一张sequence表用于记录当前全局ID。
表中增长的步长是库的数量,起始值依次错开,这样就能将ID的生成散列到各个数据库上

数据库怎么分库分表 _ JavaClub全栈架构师技术笔记

这种方案将生成ID的压力均匀分布在两台机器上,同时提供了系统容错,第一台出现了错误,可以自动切换到第二台获取ID。但有几个缺点:系统添加机器,水平扩展较复杂;每次获取ID都要读取一次DB,DB的压力还是很大,只能通过堆机器来提升性能。

Snowflake分布式自增ID算法

数据库怎么分库分表 _ JavaClub全栈架构师技术笔记

Twitter的snowfalke算法解决了分布式系统生成全局ID的需求,生成64位Long型数字,组成部分:

  • 第一位未使用

  • 接下来的41位是毫秒级时间,41位的长度可以表示69年的时间

  • 5位datacenterId,5位workerId。10位长度最多支持部署1024个节点

  • 最后12位是毫秒内计数,12位的计数顺序号支持每个节点每毫秒产生4096个ID序列。

数据迁移、扩容问题

当业务高速发展、面临性能和存储瓶颈时,才会考虑分片设计,此时就不可避免的需要考虑历史数据的迁移问题。一般做法是先读出历史数据,然后按照指定的分片规则再将数据写入到各分片节点中。此外还需要根据当前的数据量个QPS,以及业务发展速度,进行容量规划,推算出大概需要多少分片(一般建议单个分片的单表数据量不超过1000W)

什么时候考虑分库分表

能不分就不分

并不是所有表都需要切分,主要还是看数据的增长速度。切分后在某种程度上提升了业务的复杂程度。不到万不得已不要轻易使用分库分表这个“大招”,避免“过度设计”和“过早优化”。分库分表之前,先尽力做力所能及的优化:升级硬件、升级网络、读写分离、索引优化等。当数据量达到单表瓶颈后,在考虑分库分表。

数据量过大,正常运维影响业务访问

这里的运维是指:

  • 对数据库备份,如果单表太大,备份时需要大量的磁盘IO和网络IO

  • 对一个很大的表做DDL,MYSQL会锁住整个表,这个时间会很长,这段时间业务不能访问此表,影响很大。

  • 大表经常访问和更新,就更有可能出现锁等待。

随着业务发展,需要对某些字段垂直拆分

这里就不举例了。在实际业务中都可能会碰到,有些不经常访问或者更新频率低的字段应该从大表中分离出去。

数据量快速增长

随着业务的快速发展,单表中的数据量会持续增长,当性能接近瓶颈时,就需要考虑水平切分,做分库分表了。

参考链接:

  • https://www.cnblogs.com/butterfly100/p/9034281.html

  • https://www.cnblogs.com/littlecharacter/p/9342129.html

作者:吖苏哥哥好
来源链接:https://blog.csdn.net/a826193310/article/details/109623869

版权声明:
1、JavaClub(https://www.javaclub.cn)以学习交流为目的,由作者投稿、网友推荐和小编整理收藏优秀的IT技术及相关内容,包括但不限于文字、图片、音频、视频、软件、程序等,其均来自互联网,本站不享有版权,版权归原作者所有。

2、本站提供的内容仅用于个人学习、研究或欣赏,以及其他非商业性或非盈利性用途,但同时应遵守著作权法及其他相关法律的规定,不得侵犯相关权利人及本网站的合法权利。
3、本网站内容原作者如不愿意在本网站刊登内容,请及时通知本站(javaclubcn@163.com),我们将第一时间核实后及时予以删除。


本文链接:https://www.javaclub.cn/database/68136.html

标签: 分库分表
分享给朋友:

“数据库怎么分库分表” 的相关文章

sharding-jdbc结合mybatis实现分库分表功能

sharding-jdbc结合mybatis实现分库分表功能

  最近忙于项目已经好久几天没写博客了,前2篇文章我给大家介绍了搭建基础springMvc+mybatis的maven工程,这个简单框架已经可以对付一般的小型项目。但是我们实际项目中会碰到很多复杂的场景,比如数据量很大的情况下如何保证性能。今天我就给大家介绍数据库分库分表的优化,本文介...

MySQL分表、分库、分片和分区知识

MySQL分表、分库、分片和分区知识

一、前言   数据库的数据量达到一定程度之后,为避免带来系统性能上的瓶颈。需要进行数据的处理,采用的手段是分区、分片、分库、分表。 二、分片(类似分库)   分片是把数据库横向扩展(Scale Out)到多个物理节点上的一种有效的方式,其主要目的是...

MYSQL分库分表和不停机更改表结构

在MYSQL分库分表中我们一般是基于数据量比较大的时间对mysql数据库一种优化的做法,下面我简单的介绍一下mysql分表与分库的简单做法。 1、分库分表 很明显,一个主表(也就是很重要的表,例如用户表)无限制的增长势必严重影响性能,分库与分表是一个很不错的解决途径,也就是...

MySQL+MyCat分库分表 读写分离配置

MySQL+MyCat分库分表 读写分离配置

  一、 MySQL+MyCat分库分表   1 MyCat简介 java编写的数据库中间件 Mycat运行环境需要JDK. Mycat是中间件.运行在代码应用和MySQL数据库之间...

MySQL高可用机制和分库分表

目录 主从架构 为什么需要主从架构 同步机制实现原理 搭建主从集群 全库同步和部分同步 GTID同步 半同步复制...

mysql分表后的联合查询

前言 在分表完之后显然对于数据的查询会变的比较的复杂,特别是在表的关联方面,在有些情况下根本就不能使用JOIN。 其实个人是比较鼓励将那些大的JOIN SQL拆分成几个小的SQL来查询数据。这样虽然总体的效率可能会稍稍下降(如果使用了连接池完全可以忽略)...

SpringBoot sharding 分库分表使用及配置

SpringBoot sharding 分库分表使用及配置 官方提供配置方式有哪些? JAVA配置 YAML配置 SpringBoot配置 Spring命名空间配置 无论哪种方式最后底层都包装成JAVA代码方式配置,今天主要以SpringBo...

大数据量分库分表之后的非分片键查询解决方案

场景:1亿左右的会员,会员按照会员id散表,但是会员登陆是需要按照会员手机号做登陆鉴权,这时候需要通过手机号查询会员信息 解决方案1: 直接通过手机号查询,遍历查询所有库表,最后返回 解决方案2: 将会员信息冗余到es,同步发送到es,通过es来查询...

对于关系型数据库MySQL-如何选择分库分表方案

MySQL分库分表相关系列:MySQL相关目录 该如何选择分库分表方案 大型网站用户数和数据库规模急剧上升,关系型数据库常见的性能瓶颈主要体现在两点: 一是大量的并发读写操作,导致单库出现负载压力过大;(并发量大,数据库...

mysql 分库分表(水平切割和垂直切割)

分表是分散数据库压力的好方法。 分表,最直白的意思,就是将一个表结构分为多个表,然后,可以再同一个库里,也可以放到不同的库。 当然,首先要知道什么情况下,才需要分表。个人觉得单表记录条数达到百万到千万级别时就要使用分表了。 纵向分表 将本来可以在同一个表...

发表评论

访客

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法和观点。