分库分表利器——sharding-sphere

背景

得不到的东西让你彻夜难眠，没有尝试过的技术让我跃跃欲试。

本着杀鸡焉用牛刀的准则，我们倡导够用就行，不跟风，不盲从。

所以，结果就是我们一直没有真正使用分库分表。曾经好几次，感觉没有分库分表（起码要分表），项目就做不下去了，但是由于跨部门、工具约束、项目被砍等各种原因最终都偃旗息鼓，乖乖的搞单表加索引去了。

应该是没有及时同步公司内部知识库的原因，过去的几次分库分表的尝试也是让人哭笑不得。公司内部流传着一件上古神器，可以解决分表问题。

既然是上古神器，那么使用的流程肯定也是非常原始。没错，因为是基于windows系统写的一个桌面程序，所以必须到windows平台安装执行，而公司绝大多数已经不用windows系统了。针对这个问题，有两个解决方式，一种是找台式机，一种是安装虚拟机。

我选择了后者，毕竟自己安装，独立自主，可以随心所欲的操作。好了，环境算是有了，这时候肯定要有个教程，毕竟口口相传这种模式会随着时间的推移慢慢变得不好使了，尤其是使用场景不多的情况下。

打开教程的那一刻，仿佛拿到的是易筋经这样的武功秘籍，里面只有几张内功心法似的截图，要想参透，全靠自己领悟。

睁大眼睛，在放大缩小拖拽各种操作中，领会截图的真正含义，生怕出现像漏看“欲练此功，必先自宫”的下半句“如不自宫，也能成功”带来的惨痛教训经历。

每一步都很小心，然后点击相应的神奇按钮。一通操作，Duang，分表就完成了，而且连相应的ibatis文件都生成好了。你需要做的就是在代码里面调用相应接口就好了。

可以想见，作为上古神器，自有其光芒的地方，但是可能因为年久失修，所以理解上会有些难度。虽然一通操作猛如虎，但是回头让你再详述下具体的流程可能已经忘得差不多了。

后来，在部门内部是有小伙伴专门研究过并做了分享，但是鉴于使用场景不多，所以没有引起大家过多的关注。公司内部也有其他部门引进或者自研出了更好的工具，但是没有参加分享，所以也是一度搁置。

这次的项目按照老大一贯扩展性的做法，应该是要做分表的了，没成想，初步过方案的时候说分啥表，现在的量级单表完全够用。好吧，虽然表没分成，但是接触到了分表利器sharding-sphere。

sharding-sphere

简介

Sharding-Sphere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Sharding-JDBC、Sharding-Proxy和Sharding-Sidecar这3款相互独立的产品组成。他们均提供标准化的数据分片、读写分离、柔性事务和数据治理功能，可适用于如Java同构、异构语言、容器、云原生等各种多样化的应用场景。

官网

http://shardingjdbc.io/

Github

https://github.com/sharding-sphere

三大核心模块分别是Sharding-JDBC、Sharding-Proxy和Sharding-Sidecar。

Sharding-JDBC

定位为轻量级Java框架，在Java的JDBC层提供的额外服务。 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。

Sharding-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。 目前先提供MySQL版本，它可以使用任何兼容MySQL协议的访问客户端(如：MySQL Command Client, MySQL Workbench等)操作数据，对DBA更加友好。

Sharding-Sidecar

定位为Kubernetes或Mesos的云原生数据库代理，以DaemonSet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。

sharding-sphere-example

在Github上分别有三个项目，分别是sharding-sphere、sharding-sphere-doc和sharding-sphere-example。从字面就可以看出每个项目是做什么的。

既然是要入门，那就clone下sharding-sphere-example这个项目。

1、克隆项目

在命令行执行git clone https://github.com/sharding-sphere/sharding-sphere-example.git

完成后，就可以看到sharding-sphere-example项目，导入intellij idea中。

2、编译项目

进入项目根目录下，编译项目。

我这边下载的项目sharding-sphere.version是3.0.0.M2-SNAPSHOT，编译的时候一直报该版本找不到，无法下载，去中央仓库也没有找到。

想着可能要本地编译打包，所以就换成了3.0.0.M1版本，编译通过。

3、配置数据源

因为是本机测试，所以在本地配置mysql数据库。

4、编写数据分片代码

sharding-sphere-example项目中有基于不同场景包括spring-boot、jpa、mybatis的具体分库分表的实例代码。

本文主要结合sharding-sphere官方文档给出的数据分片代码讲解如何实现分库分表的。

测试类ShardingDataSource（自建测试类，来源http://shardingsphere.io/document/current/cn/manual/sharding-jdbc/usage/sharding/）

package practice;

import io.shardingsphere.core.api.ShardingDataSourceFactory;
import io.shardingsphere.core.api.config.ShardingRuleConfiguration;
import io.shardingsphere.core.api.config.TableRuleConfiguration;
import io.shardingsphere.core.api.config.strategy.InlineShardingStrategyConfiguration;
import io.shardingsphere.example.jdbc.fixture.DataRepository;
import org.apache.commons.dbcp.BasicDataSource;

import javax.sql.DataSource;
import java.sql.SQLException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Properties;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ShardingDataSource {

    public static void main(String[] args) throws SQLException {
        ShardingDataSource shardingDataSource = new ShardingDataSource();
        DataSource dataSource = shardingDataSource.sharding();
        new DataRepository(dataSource).demo();
    }

    public DataSource sharding() throws SQLException {
        // 配置真实数据源
        Map<String, DataSource> dataSourceMap = new HashMap<>();

        // 配置第一个数据源
        BasicDataSource dataSource1 = new BasicDataSource();
        dataSource1.setDriverClassName("com.mysql.jdbc.Driver");
        dataSource1.setUrl("jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/ds0");
        dataSource1.setUsername("root");
        dataSource1.setPassword("root");
        dataSourceMap.put("ds0", dataSource1);

        // 配置第二个数据源
        BasicDataSource dataSource2 = new BasicDataSource();
        dataSource2.setDriverClassName("com.mysql.jdbc.Driver");
        dataSource2.setUrl("jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/ds1");
        dataSource2.setUsername("root");
        dataSource2.setPassword("root");
        dataSourceMap.put("ds1", dataSource2);

        // 配置Order表规则
        TableRuleConfiguration orderTableRuleConfig = new TableRuleConfiguration();
        orderTableRuleConfig.setLogicTable("t_order");
        orderTableRuleConfig.setActualDataNodes("ds${0..1}.t_order${0..1}");

        // 配置分库 + 分表策略
        orderTableRuleConfig.setDatabaseShardingStrategyConfig(new InlineShardingStrategyConfiguration("user_id", "ds${user_id % 2}"));
        orderTableRuleConfig.setTableShardingStrategyConfig(new InlineShardingStrategyConfiguration("order_id", "t_order${order_id % 2}"));
        orderTableRuleConfig.setTableShardingStrategyConfig(new InlineShardingStrategyConfiguration("order_item_id", "t_order_item${order_item_id % 2}"));

        // 配置分片规则
        ShardingRuleConfiguration shardingRuleConfig = new ShardingRuleConfiguration();
        shardingRuleConfig.getTableRuleConfigs().add(orderTableRuleConfig);

        // 配置order_item表规则...
        TableRuleConfiguration orderItemTableRuleConfig = new TableRuleConfiguration();
        orderItemTableRuleConfig.setLogicTable("t_order_item");
        orderItemTableRuleConfig.setActualDataNodes("ds${0..1}.t_order_item${0..1}");

        shardingRuleConfig.getTableRuleConfigs().add(orderItemTableRuleConfig);

        // 获取数据源对象
        return ShardingDataSourceFactory.createDataSource(dataSourceMap, shardingRuleConfig, new ConcurrentHashMap(), new Properties());
    }
}

注意

1、代码中类似"ds\({0..1}.t_order\){0..1}"成为行表达式，形如"\({ expression }或\)->{ expression }"。该表达式可用于配置数据节点和配置分片算法。

${begin..end}表示范围区间，即表示从begin到end个

${[unit1, unit2, unit_x]}表示枚举值

2、orderTableRuleConfig.setActualDataNodes("ds\({0..1}.t_order\){0..1}");

这里表示的是使用行表达式配置数据节点即数据库分别是ds0、ds1,表分别是t_order0、t_order1。

该表达的等价组合是：ds0.t_order0, ds0.t_order1, ds1.t_order0, ds1.t_order1。

3、orderTableRuleConfig.setTableShardingStrategyConfig(new InlineShardingStrategyConfiguration("order_id", "t_order${order_id % 2}"));

这里表示的是使用行表达式配置分片算法。该行表示针对t_order表中的元素按照order_id模2将不同的元素放进不同的表中。

比如order_id=5，5%2=1，则放入t_order1中

order_id=6, 6%2=0, 则放入t_order0中

4、除此以外还要一些类似"逻辑表"这样的概念，可以到官方文档自行查询。

工具类DataRespository(该类来源sharding-sphere-example项目)

/*
 * Copyright 2016-2018 shardingsphere.io.
 * <p>
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 * </p>
 */

package io.shardingsphere.example.jdbc.fixture;

import io.shardingsphere.core.api.HintManager;

import javax.sql.DataSource;
import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;

public class DataRepository {

    private final DataSource dataSource;

    public DataRepository(final DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }

    public void demo() throws SQLException {
        createTable();
        insertData();
        System.out.println("1.Query with EQUAL--------------");
        queryWithEqual();
        System.out.println("2.Query with IN--------------");
        queryWithIn();
        System.out.println("3.Query with Hint--------------");
        queryWithHint();
        System.out.println("4.Drop tables--------------");
        dropTable();
        System.out.println("5.All done-----------");
    }

    private void createTable() throws SQLException {
        execute("CREATE TABLE IF NOT EXISTS t_order (order_id BIGINT NOT NULL AUTO_INCREMENT, user_id INT NOT NULL, status VARCHAR(50), PRIMARY KEY (order_id))");
        execute("CREATE TABLE IF NOT EXISTS t_order_item (order_item_id BIGINT NOT NULL AUTO_INCREMENT, order_id BIGINT NOT NULL, user_id INT NOT NULL, PRIMARY KEY (order_item_id))");
    }

    private void insertData() throws SQLException {
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
            long orderId = insertAndGetGeneratedKey("INSERT INTO t_order (user_id, status) VALUES (10, 'INIT')");
            execute(String.format("INSERT INTO t_order_item (order_id, user_id) VALUES (%d, 10)", orderId));
            orderId = insertAndGetGeneratedKey("INSERT INTO t_order (user_id, status) VALUES (11, 'INIT')");
            execute(String.format("INSERT INTO t_order_item (order_id, user_id) VALUES (%d, 11)", orderId));
        }
    }

    private long insertAndGetGeneratedKey(final String sql) throws SQLException {
        long result = -1;
        try (
                Connection connection = dataSource.getConnection();
                Statement statement = connection.createStatement()) {
            statement.executeUpdate(sql, Statement.RETURN_GENERATED_KEYS);
            try (ResultSet resultSet = statement.getGeneratedKeys()) {
                if (resultSet.next()) {
                    result = resultSet.getLong(1);
                }
            }
        }
        return result;
    }

    private void queryWithEqual() throws SQLException {
        String sql = "SELECT i.* FROM t_order o JOIN t_order_item i ON o.order_id=i.order_id WHERE o.user_id=?";
        try (
                Connection connection = dataSource.getConnection();
                PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {
            preparedStatement.setInt(1, 10);
            printQuery(preparedStatement);
        }
    }

    private void queryWithIn() throws SQLException {
        String sql = "SELECT i.* FROM t_order o JOIN t_order_item i ON o.order_id=i.order_id WHERE o.user_id IN (?, ?)";
        try (
                Connection connection = dataSource.getConnection();
                PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {
            preparedStatement.setInt(1, 10);
            preparedStatement.setInt(2, 11);
            printQuery(preparedStatement);
        }
    }

    private void queryWithHint() throws SQLException {
        String sql = "SELECT i.* FROM t_order o JOIN t_order_item i ON o.order_id=i.order_id";
        try (
                HintManager hintManager = HintManager.getInstance();
                Connection connection = dataSource.getConnection();
                PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {
            hintManager.addDatabaseShardingValue("t_order", "user_id", 11);
            printQuery(preparedStatement);
        }
    }

    private void printQuery(final PreparedStatement preparedStatement) throws SQLException {
        try (ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery()) {
            while (resultSet.next()) {
                System.out.print("order_item_id:" + resultSet.getLong(1) + ", ");
                System.out.print("order_id:" + resultSet.getLong(2) + ", ");
                System.out.print("user_id:" + resultSet.getInt(3));
                System.out.println();
            }
        }
    }

    private void dropTable() throws SQLException {
        execute("DROP TABLE t_order_item");
        execute("DROP TABLE t_order");
    }

    private void execute(final String sql) throws SQLException {
        try (
                Connection connection = dataSource.getConnection();
                Statement statement = connection.createStatement()) {
            statement.execute(sql);
        }
    }
}

注意

1、createTable

该方法会根据配置的数据节点表达式创建分表。这里分别创建t_order和t_order_item两张逻辑表。

2、insertData

该方法同样根据配置的数据分片表达书创建数据

3、queryWithEqual等方法

这些方法是不同的查询场景，有精确查询也有范围查询

4、queryWithHint

该方法比较特殊。

通过解析SQL语句提取分片键列与值并进行分片是Sharding-Sphere对SQL零侵入的实现方式。若SQL语句中没有分片条件，则无法进行分片，需要全路由。

好比queryWithHint这个方法中的"String sql = "SELECT i.* FROM t_order o JOIN t_order_item i ON o.order_id=i.order_id";"就没有包含路由信息，即where

条件语句中没有order_id和user_id的信息。

所以该方法中通过强制指定路由信息进行路由。"hintManager.addDatabaseShardingValue("t_order", "user_id", 11);"这里执行user_id为11的条件，通过这个条件也可以推测出是只会路由到ds1库中（11%2=1）。

5、dropTable

该方法用于清理现场，将所有表和表数据清除。

5、执行结果

执行完代码，控制台打印

1.Query with EQUAL--------------

2.Query with IN--------------

3.Query with Hint--------------

4.Drop tables--------------

5.All done-----------

执行代码前，只有两个数据库ds0，ds1，执行代码后得到结果如下图所示

小结

sharding-sphere是一天非常强大的分布式数据库中间件解决方法。

有简单易懂的行表达式用于配置数据节点和数据分片算法。

有自己的诸多大杀器，比如强制路由等。

官方文档齐全，实例代码项目case较全，能够在较短时间完成分库分表。

本篇通过一个简单的demo代码，大致了解了sharding-sphere（主要是sharding-jdbc）的基本玩法，后续有时间可以学习下底层的设计和实现原理。

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