分库分表、部署MyCAT服务、分片规则

分库分表

概述

• 关系型数据库本身比较容易成为系统瓶颈，单机存储容量、连接数、处理能力都有限。

• 当单表的数据量达到1000W或100G以后，由于查询维度较多，即使添加从库、优化索引，做很多操作时性能仍下降严重。此时就要考虑对其进行切分了，切分的目的就在于减少数据库的负担，缩短查询时间。

• 数据库分布式核心内容无非就是数据切分（Sharding），以及切分后对数据的定位、整合。

• 数据切分就是将数据分散存储到多个数据库中，使得单一数据库中的数据量变小，通过扩充主机的数量缓解单一数据库的性能问题，从而达到提升数据库操作性能的目的。

数据切分方式

垂直（纵向）切分

• 垂直切分常见有垂直分库和垂直分表两种。

• 垂直分库就是根据业务耦合性，将关联度低的不同表存储在不同的数据库。做法与大系统拆分为多个小系统类似，按业务分类进行独立划分。

• 垂直分表是基于数据库中的"列"进行，某个表字段较多，可以新建一张扩展表，将不经常用或字段长度较大的字段拆分出去到扩展表中。

• 垂直切分的优点：

• 解决业务系统层面的耦合，业务清晰

• 对不同业务的数据进行分级管理、维护、监控、扩展等

• 高并发场景下，垂直切分一定程度的提升IO、数据库连接数、单机硬件资源的瓶颈

• 垂直切分的缺点：

• 部分表无法join，只能通过接口聚合方式解决，提升了开发的复杂度

• 分布式事务处理复杂

• 依然存在单表数据量过大的问题（需要水平切分）

水平（横向）切分

• 当一个应用难以再细粒度的垂直切分，或切分后数据量行数巨大，存在单库读写、存储性能瓶颈，这时候就需要进行水平切分了。

• 水平切分分为库内分表和分库分表，是根据表内数据内在的逻辑关系，将同一个表按不同的条件分散到多个数据库或多个表中，每个表中只包含一部分数据，从而使得单个表的数据量变小，达到分布式的效果。

• 库内分表只解决了单一表数据量过大的问题，但没有将表分布到不同机器的库上，因此对于减轻MySQL数据库的压力来说，帮助不是很大，大家还是竞争同一个物理机的CPU、内存、网络IO，最好通过分库分表来解决。

• 水平切分后同一张表会出现在多个数据库/表中，每个库/表的内容不同。

• 水平切分的优点：

• 不存在单库数据量过大、高并发的性能瓶颈，提升系统稳定性和负载能力

• 应用端改造较小，不需要拆分业务模块

• 水平切分的缺点：

• 跨分片的事务一致性难以保证

• 跨库的join关联查询性能较差

• 数据多次扩展难度和维护量极大

MyCAT

概述

• mycat是基于Java的分布式数据库系统中间件，为高并发环境的分布式存储提供解决方案

• 适合数据大量写入的存储需求

• 支持MySQL、Oracle、Sqlserver、Mongodb等

• 提供数据读写分离服务

• 提供数据分片服务

• 基于阿里巴巴Cobar进行研发的开源软件

分片规则

• 枚举法 sharding-by-intfile

• 固定分片 rule

• 范围约定 auto-sharding-long

• 求模法 mod-long

• 日期列分区法 sharding-by-date

• 通配取模 sharding-by-pattern

• ASCII码求模通配 sharding-by-prefixpattern

• 编程指定 sharding-by-substring

• 字符串拆分hash解析 sharding-by-stringhash

• 一致性hash sharding-by-murmur

工作过程

1. 解析SQL命令涉及到的表

2. 然后看对表的配置，如果有分片规则，则获取SQL命令里分片字段的值，并匹配分片函数，获得分片列表

3. 然后将SQL命令发往对应的数据库服务器去执行

4. 最后收集和处理所有分片结果数据，并返回到客户端

部署MyCAT服务

graph LR
c(client:192.168.1.10)-->mc(mycat:192.168.1.15)mc-->db1(db1:192.168.1.11)mc-->db2(db2:192.168.1.12)mc-->db3(db3:192.168.1.13)

配置MyCat服务器

• 部署MyCat 运行环境

[root@mycat1 ~]# yum -y install java-1.8.0-openjdk[root@mycat1 ~]# which java/usr/bin/java[root@mycat1 ~]# java -versionopenjdk version "1.8.0_222-ea"OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_222-ea-b03)OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.222-b03, mixed mode)

• 安装软件包

[root@mycat1 ~]# tar xf Mycat-server-1.6-RELEASE-20161028204710-linux.tar.gz[root@mycat1 ~]# mv mycat /usr/local/# 设置PATH环境变量[root@mycat1 ~]# vim /etc/profile.d/mycat.shexport PATH=$PATH:/usr/local/mycat/bin[root@mycat1 ~]# source /etc/profile.d/mycat.sh

• 修改配置文件：设置连接账号及逻辑库

# 保持默认配置即可[root@mycat1 ~]# vim /usr/local/mycat/conf/server.xml# 该文件中用户及逻辑库的说明如下：<user name="root">      <!--连接mycat服务时使用的用户名-->
     <property name="password">123456</property>   <!--用户连接mycat用户时使用的密码-->
     <property name="schemas">TESTDB</property>    <!--逻辑库名--></user><user name="user">
                <property name="password">user</property>
                <property name="schemas">TESTDB</property>
                <property name="readOnly">true</property>     <!--只读权限，连接mycat服务后只有读记录的权限,不写这一行则是可读可写   --></user>

• 修改配置文件：配置数据分片

[root@mycat1 ~]# vim /usr/local/mycat/conf/schema.xml<?xml version="1.0"?><!DOCTYPE mycat:schema SYSTEM "schema.dtd"><mycat:schema xmlns:mycat="http://io.mycat/">

    <schema name="TESTDB" checkSQLschema="false" sqlMaxLimit="100">  <!--对TESTDB库下的表做分片存储 -->
        <!-- auto sharding by id (long) -->
        <table name="travelrecord" dataNode="dn1,dn2,dn3" rule="auto-sharding-long" />  <!-- 对travelrecord表做分片存储 -->

        <!-- global table is auto cloned to all defined data nodes ,so can join            with any table whose sharding node is in the same data node -->
        <table name="company" primaryKey="ID" type="global" dataNode="dn1,dn2,dn3" />
        <table name="goods" primaryKey="ID" type="global" dataNode="dn1,dn2,dn3" />
        <!-- random sharding using mod sharind rule -->
        <table name="hotnews" primaryKey="ID" autoIncrement="true" dataNode="dn1,dn2,dn3"
               rule="mod-long" />
        <!-- <table name="dual" primaryKey="ID" dataNode="dnx,dnoracle2" type="global"
            needAddLimit="false"/> <table name="worker" primaryKey="ID" dataNode="jdbc_dn1,jdbc_dn2,jdbc_dn3"
            rule="mod-long" /> -->
        <table name="employee" primaryKey="ID" dataNode="dn1,dn2,dn3"
               rule="sharding-by-intfile" />
        <table name="customer" primaryKey="ID" dataNode="dn1,dn2,dn3"
               rule="sharding-by-intfile">
            <childTable name="orders" primaryKey="ID" joinKey="customer_id"
                        parentKey="id">
                <childTable name="order_items" joinKey="order_id"
                            parentKey="id" />
            </childTable>
            <childTable name="customer_addr" primaryKey="ID" joinKey="customer_id"
                        parentKey="id" />
        </table>
        <!-- <table name="oc_call" primaryKey="ID" dataNode="dn1$0-743" rule="latest-month-calldate"
            /> -->
    </schema>
    <!-- <dataNode name="dn1$0-743" dataHost="localhost1" database="db$0-743"
        /> -->
    <!-- 定义数据库主机名及存储数据的库 -->
    <dataNode name="dn1" dataHost="mysql1" database="db1" />
    <dataNode name="dn2" dataHost="mysql2" database="db2" />
    <dataNode name="dn3" dataHost="mysql3" database="db3" />

  <!-- 定义mysql1主机名对应的数据库服务器ip地址 -->
    <dataHost name="mysql1" maxCon="1000" minCon="10" balance="0"
              writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="native" switchType="1"  slaveThreshold="100">
        <heartbeat>select user()</heartbeat>
        <writeHost host="hostM1" url="192.168.1.11:3306" user="mycatadmin"
                   password="NSD2021@tedu.cn">
        </writeHost>
    </dataHost>

    <dataHost name="mysql2" maxCon="1000" minCon="10" balance="0"
              writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="native" switchType="1"  slaveThreshold="100">
        <heartbeat>select user()</heartbeat>
        <writeHost host="hostM2" url="192.168.1.12:3306" user="mycatadmin"
                   password="NSD2021@tedu.cn">
        </writeHost>
    </dataHost>

    <dataHost name="mysql3" maxCon="1000" minCon="10" balance="0"
              writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="native" switchType="1"  slaveThreshold="100">
        <heartbeat>select user()</heartbeat>
        <writeHost host="hostM3" url="192.168.1.13:3306" user="mycatadmin"
                   password="NSD2021@tedu.cn">
        </writeHost>
    </dataHost></mycat:schema>

配置数据库服务器

[root@mysql1 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cnmysql> create database db1 default charset utf8mb4;mysql> grant all on *.* to mycatadmin@'%' identified by 'NSD2021@tedu.cn';[root@mysql2 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cnmysql> create database db2 default charset utf8mb4;mysql> grant all on *.* to mycatadmin@'%' identified by 'NSD2021@tedu.cn';[root@mysql3 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cnmysql> create database db3 default charset utf8mb4;mysql> grant all on *.* to mycatadmin@'%' identified by 'NSD2021@tedu.cn';

启动MyCat

• 在MyCat服务器上测试到3台数据库服务器的连接账户

# 安装mysql客户端软件[root@mycat1 ~]# yum install -y mysql-community-client[root@mycat1 ~]# mysql -h192.168.1.11 -umycatadmin -pNSD2021@tedu.cn[root@mycat1 ~]# mysql -h192.168.1.12 -umycatadmin -pNSD2021@tedu.cn[root@mycat1 ~]# mysql -h192.168.1.13 -umycatadmin -pNSD2021@tedu.cn

• 启动服务

[root@mycat1 ~]# mycat start[root@mycat1 ~]# netstat -tlnp | grep :8066tcp6       0      0 :::8066                 :::*                    LISTEN      13835/java

• 客户端连接测试

[root@node10 ~]# mysql -h192.168.1.15 -P8066 -uroot -p123456
mysql> show databases;+----------+| DATABASE |+----------+| TESTDB   |+----------+1 row in set (0.00 sec)mysql> use TESTDB;mysql> show tables;+------------------+| Tables in TESTDB |+------------------+| company          || customer         || customer_addr    || employee         || goods            || hotnews          || orders           || order_items      || travelrecord     |+------------------+9 rows in set (0.00 sec)

分片规则

枚举法

概述

• 使用sharding-by-intfile规则

• 决定使用枚举法的表

• 找到数据分片字段名

• 查看数据分片使用的函数名

• 找到函数调用的配置文件

• 修改函数配置文件

配置

• 查看使用枚举法的表

[root@mycat1 ~]# grep -B1 sharding-by-intfile /usr/local/mycat/conf/schema.xml
        <table name="employee" primaryKey="ID" dataNode="dn1,dn2,dn3"
               rule="sharding-by-intfile" />
        <table name="customer" primaryKey="ID" dataNode="dn1,dn2,dn3"
               rule="sharding-by-intfile">

• 查看规则文件，得知sharding-by-intfile分片规则使用的函数

[root@mycat1 ~]# vim /usr/local/mycat/conf/rule.xml<tableRule name="sharding-by-intfile">
                <rule>
                        <columns>sharding_id</columns>    <!-- 数据分片字段名 -->
                        <algorithm>hash-int</algorithm>   <!-- 使用的函数名 -->
                </rule></tableRule><function name="hash-int"
                class="io.mycat.route.function.PartitionByFileMap">
                <property name="mapFile">partition-hash-int.txt</property>   <!-- 函数调用的配置文件 --></function>

• 修改函数配置文件，添加dn3 数据节点

[root@mycat1 ~]# vim /usr/local/mycat/conf/partition-hash-int.txt10000=0   //当sharding_id字段的值是10000时，数据存储在数据节点dn1里10010=1   //当sharding_id字段的值是10010时，数据存储在数据节点dn2里10020=2   //当sharding_id字段的值是10020时，数据存储在数据节点dn3里

• 重启服务

[root@mycat1 conf]# mycat restart

• 客户端连接分片服务器，存取数据

[root@node10 ~]# mysql -h192.168.1.15 -P8066 -uroot -p123456
mysql> use TESTDB;mysql> create table employee(id int primary key, sharding_id int, name varchar(20), birth_date date);// 存储数据时必须指定字段名列表mysql> insert into employee    -> (id, sharding_id, name, birth_date)
    -> values    -> (1, 10000, 'nb', '2000-01-01'),
    -> (2, 10010, 'wk', '1998-10-01'),
    -> (3, 10020, 'plj', '2002-05-04'),
    -> (4, 10020, 'dmy', '1990-08-02');Query OK, 4 rows affected (0.21 sec)mysql> select * from employee;+----+-------------+------+------------+| id | sharding_id | name | birth_date |+----+-------------+------+------------+|  1 |       10000 | nb   | 2000-01-01 ||  2 |       10010 | wk   | 1998-10-01 ||  3 |       10020 | plj  | 2002-05-04 ||  4 |       10020 | dmy  | 1990-08-02 |+----+-------------+------+------------+4 rows in set (0.09 sec)// 分别到3台服务器上查看记录[root@mysql1 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cn
mysql> use db1;mysql> select * from employee;+----+-------------+------+------------+| id | sharding_id | name | birth_date |+----+-------------+------+------------+|  1 |       10000 | nb   | 2000-01-01 |+----+-------------+------+------------+1 row in set (0.00 sec)[root@mysql2 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cn
mysql> use db2;mysql> select * from employee;+----+-------------+------+------------+| id | sharding_id | name | birth_date |+----+-------------+------+------------+|  2 |       10010 | wk   | 1998-10-01 |+----+-------------+------+------------+1 row in set (0.00 sec)[root@mysql3 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cn
mysql> use db3;mysql> select * from employee;+----+-------------+------+------------+| id | sharding_id | name | birth_date |+----+-------------+------+------------+|  3 |       10020 | plj  | 2002-05-04 ||  4 |       10020 | dmy  | 1990-08-02 |+----+-------------+------+------------+2 rows in set (0.00 sec)

求模法

概述

• 使用mod-long规则

• 切分规则根据配置中输入的数值n

• 分片规则将数据分成n份（通常dn节点也为n），从而将数据均匀的分布于各节点上

• 这种策略可以很好的分散数据库写的压力。比较适合于单点查询的情景

配置

• 查看配置文件，得知使用mod-long分片规则的表名

[root@mycat1 ~]# vim /usr/local/mycat/conf/schema.xml... ...
        <table name="hotnews" primaryKey="ID" dataNode="dn1,dn2,dn3"
               rule="mod-long" />... ...

• 查看规则文件，得知mod-long分片规则使用的函数

[root@mycat1 ~]# vim /usr/local/mycat/conf/rule.xml<tableRule name="mod-long">
                <rule>
                        <columns>id</columns>             <!-- 数据分片字段 -->
                        <algorithm>mod-long</algorithm>   <!-- 函数名 -->
                </rule>
        </tableRule><function name="mod-long" class="io.mycat.route.function.PartitionByMod">
                <!-- how many data nodes -->
                <property name="count">3</property>       <!-- 指定求模数字 --></function>

• 重启服务

[root@mycat1 ~]# mycat restartStopping Mycat-server...Stopped Mycat-server.Starting Mycat-server...

• 客户端连接分片服务器，存取数据

[root@node10 ~]# mysql -h192.168.1.15 -P8066 -uroot -p123456
mysql> use TESTDB;mysql> create table hotnews(id int primary key, title varchar(50), content text);Query OK, 0 rows affected (0.59 sec)mysql> insert into hotnews    -> (id, title, content)
    -> values    -> (1, 'python讲师变更', '庞老师讲python了'),
    -> (2, 'mysql讲师变更', '张老师讲mysql'),
    -> (3, 'mysql课程更新', '增加全部sql语法'),
    -> (4, 'mysql时长', '课程共11天');Query OK, 4 rows affected (0.14 sec)Records: 2  Duplicates: 0  Warnings: 0mysql> select * from hotnews;+----+--------------------+-----------------------+| id | title              | content               |+----+--------------------+-----------------------+|  1 | python讲师变更     | 庞老师讲python了      ||  4 | mysql时长          | 课程共11天            ||  2 | mysql讲师变更      | 张老师讲mysql         ||  3 | mysql课程更新      | 增加全部sql语法       |+----+--------------------+-----------------------+4 rows in set (0.07 sec)// 分别到3台服务器上查看记录[root@mysql1 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cn
mysql> use db1;mysql> select * from hotnews;+----+-------------------+-----------------------+| id | title             | content               |+----+-------------------+-----------------------+|  3 | mysql课程更新     | 增加全部sql语法       |+----+-------------------+-----------------------+1 row in set (0.00 sec)[root@mysql2 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cn
mysql> use db2;mysql> select * from hotnews;+----+--------------------+-----------------------+| id | title              | content               |+----+--------------------+-----------------------+|  1 | python讲师变更     | 庞老师讲python了      ||  4 | mysql时长          | 课程共11天            |+----+--------------------+-----------------------+2 rows in set (0.00 sec)[root@mysql3 ~]# mysql -uroot -p'NSD2021@tedu.cn'mysql> use db3;mysql> select * from hotnews;+----+-------------------+-------------------+| id | title             | content           |+----+-------------------+-------------------+|  2 | mysql讲师变更     | 张老师讲mysql     |+----+-------------------+-------------------+1 row in set (0.00 sec)

全局表

概述

• 类型为global的表存储在所有的库中

配置

• 查看全局表

[root@mycat1 ~]# grep goods /usr/local/mycat/conf/schema.xml
        <table name="goods" primaryKey="ID" type="global" dataNode="dn1,dn2,dn3" />

• 客户端连接分片服务器，存取数据

[root@node10 ~]# mysql -h192.168.1.15 -P8066 -uroot -p123456
mysql> use TESTDB;mysql> create table goods(id int primary key auto_increment, name varchar(10));Query OK, 0 rows affected (0.61 sec)mysql> insert into goods(id, name)
    -> values    -> (1, '奶茶'),
    -> (2, '矿泉水'),
    -> (3, '花生'),
    -> (4, '瓜子');Query OK, 4 rows affected (0.16 sec)Records: 4  Duplicates: 0  Warnings: 0mysql> select * from goods;+----+-----------+| id | name      |+----+-----------+|  1 | 奶茶      ||  2 | 矿泉水    ||  3 | 花生      ||  4 | 瓜子      |+----+-----------+4 rows in set (0.01 sec)// 分别到3台服务器上查看记录[root@mysql1 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cn
mysql> use db1;mysql> select * from goods;+----+-----------+| id | name      |+----+-----------+|  1 | 奶茶      ||  2 | 矿泉水    ||  3 | 花生      ||  4 | 瓜子      |+----+-----------+4 rows in set (0.00 sec)[root@mysql2 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cn
mysql> use db2;mysql> select * from goods;+----+-----------+| id | name      |+----+-----------+|  1 | 奶茶      ||  2 | 矿泉水    ||  3 | 花生      ||  4 | 瓜子      |+----+-----------+4 rows in set (0.00 sec)[root@mysql3 ~]# mysql -uroot -pNSD2021@tedu.cn
mysql> use db3
mysql> select * from goods;+----+-----------+| id | name      |+----+-----------+|  1 | 奶茶      ||  2 | 矿泉水    ||  3 | 花生      ||  4 | 瓜子      |+----+-----------+4 rows in set (0.00 sec)