数据库之互联网常用分库分表方案

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

一、数据库瓶颈       1、IO瓶颈       2、CPU瓶颈       二、分库分表       1、水平分库       2、水平分表       3、垂直分库       4、垂直分表       三、分库分表工具         四、分库分表步骤         五、分库分表问题       1、非partition key的查询问题（水平分库分表，拆分策略为常用的hash法）       2、非partition key跨库跨表分页查询问题（水平分库分表，拆分策略为常用的hash法）       3、扩容问题（水平分库分表，拆分策略为常用的hash法）       六、分库分表总结         七、分库分表示例      

一、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吧（并发量、吞吐量、崩溃）。

1、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，每次查询时会产生大量的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 。

2、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，CPU率先出现瓶颈 ->  水平分表 。

  二、分库分表 ↑

1、水平分库

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 的 数据 都不一样，没有交集；  
•  所有 库 的 并集 是全量数据；  

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。 分析：库多了，io和cpu的压力自然可以成倍缓解。

2、水平分表

1. 概念：以 字段 为依据  ，按照一定策略（hash、range等），将一个 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 都不一样，没有交集；
• 所有 表 的 并集 是全量数据；

场景：系统绝对并发量并没有上来，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。 分析：表的数据量少了，单次SQL执行效率高，自然减轻了CPU的负担。

3、垂直分库

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；

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。 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。再有，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。

4、垂直分表

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 （主表和扩展表）中。
2.  结果：  

• 每个 表 的 结构 都不一样；
• 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；

 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，查询时会去读磁盘数据产生大量的随机读IO，产生IO瓶颈。   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（可能会冗余经常一起查询的数据）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，要想获得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负担并且会讲两个表耦合在一起（必须在一个数据库实例上）。关联数据，应该在业务Service层做文章，分别获取主表和扩展表数据然后用关联字段关联得到全部数据。

三、分库分表工具 ↑

1. sharding-sphere：jar，前身是sharding-jdbc；

2. TDDL：jar，Taobao Distribute Data Layer；

3. Mycat：中间件。

注：工具的利弊，请自行调研，官网和社区优先。

四、分库分表步骤 ↑

根据容量（当前容量和增长量）评估分库或分表个数 -> 选key（均匀）-> 分表规则（hash或range等）-> 执行（一般双写）-> 扩容问题（尽量减少数据的移动）。

五、分库分表问题 ↑

1、非partition key的查询问题（水平分库分表，拆分策略为常用的hash法）

1. 端上 除了partition key只有一个非partition key作为条件查询

•   映射法
  
•     基因法
  

  注：写入时，基因法生成user_id，如图。关于xbit基因，例如要分8张表，2 ³ =8，故x取3，即3bit基因。根据user_id查询时可直接取模路由到对应的分库或分表。根据user_name查询时，先通过user_name_code生成函数生成user_name_code再对其取模路由到对应的分库或分表。id生成常用 snowflake算法 。

端上 除了partition key不止一个非partition key作为条件查询

•   映射法
  
•       冗余法
  

  注：按照order_id或buyer_id查询时路由到db_o_buyer库中，按照seller_id查询时路由到db_o_seller库中。感觉有点本末倒置！有其他好的办法吗？改变技术栈呢？

后台 除了partition key还有各种非partition key组合条件查询

•    NoSQL法
  
•  冗余法
  

2、非partition key跨库跨表分页查询问题（水平分库分表，拆分策略为常用的hash法）

注：用 NoSQL法 解决（ES等）。

3、扩容问题（水平分库分表，拆分策略为常用的hash法）

1.    水平扩容库（升级从库法）
   

   注：扩容是成倍的。

2.    水平扩容表（双写迁移法）
   
   第一步：（同步双写）应用配置双写，部署；
   第二步：（同步双写）将老库中的老数据复制到新库中；
   第三步：（同步双写）以老库为准校对新库中的老数据；
   第四步：（同步双写）应用去掉双写，部署；    

注： 双写 是通用方案。

六、分库分表总结 ↑

1. 分库分表，首先得知道瓶颈在哪里，然后才能合理地拆分（分库还是分表？水平还是垂直？分几个？）。且不可为了分库分表而拆分。
2. 选key很重要，既要考虑到拆分均匀，也要考虑到非partition key的查询。
3. 只要能满足需求，拆分规则越简单越好。

七、分库分表示例 ↑

示例GitHub地址： https://github.com/littlecharacter4s/study-sharding

作者： 尜尜人物

---

---

About Me

........................................................................................................................ ● 本文作者：小麦苗，部分内容整理自网络，若有侵权请联系小麦苗删除 ● 本文在itpub、博客园、CSDN和个人微 信公众号（ xiaomaimiaolhr ）上有同步更新 ● 本文itpub地址： http://blog.itpub.net/26736162 ● 本文博客园地址： http://www.cnblogs.com/lhrbest ● 本文CSDN地址： https://blog.csdn.net/lihuarongaini ● 本文pdf版、个人简介及小麦苗云盘地址： http://blog.itpub.net/26736162/viewspace-1624453/ ● 数据库笔试面试题库及解答： http://blog.itpub.net/26736162/viewspace-2134706/ ● DBA宝典今日头条号地址： http://www.toutiao.com/c/user/6401772890/#mid=1564638659405826 ........................................................................................................................ ● QQ群号： 230161599 （满） 、618766405 ● 微 信群：可加我微 信，我拉大家进群，非诚勿扰 ● 联系我请加QQ好友 （ 646634621 ） ，注明添加缘由 ● 于 2019-07-01 06:00 ~ 2019-07-31 24:00 在西安完成 ● 最新修改时间：2019-07-01 06:00 ~ 2019-07-31 24:00 ● 文章内容来源于小麦苗的学习笔记，部分整理自网络，若有侵权或不当之处还请谅解 ● 版权所有，欢迎分享本文，转载请保留出处 ........................................................................................................................ ● 小麦苗的微店 ： https://weidian.com/s/793741433?wfr=c&ifr=shopdetail ● 小麦苗出版的数据库类丛书 ： http://blog.itpub.net/26736162/viewspace-2142121/ ● 小麦苗OCP、OCM、高可用网络班 ： http://blog.itpub.net/26736162/viewspace-2148098/ ● 小麦苗腾讯课堂主页 ： https://lhr.ke.qq.com/ ........................................................................................................................ 使用 微 信客户端 扫描下面的二维码来关注小麦苗的微 信公众号（ xiaomaimiaolhr ）及QQ群（DBA宝典）、添加小麦苗微 信， 学习最实用的数据库技术。 ........................................................................................................................

 

 

来自 “ ITPUB博客 ” ，链接：http://blog.itpub.net/26736162/viewspace-2651606/，如需转载，请注明出处，否则将追究法律责任。