Sharding-Jdbc 自定义分库分表-复合分片算法自定义实现

Sharding-JDBC中的分片策略有两个维度,分别是:

  • 数据源分片策略(DatabaseShardingStrategy)
  • 表分片策略(TableShardingStrategy)

其中,数据源分片策略表示:数据路由到的物理目标数据源,表分片策略表示数据被路由到的目标表。

特别的,表分片策略是依赖于数据源分片策略的,也就是说要先分库再分表,当然也可以只分表。

           

Sharding-JDBC的数据分片策略

       Sharding-JDBC的分片策略包含了分片键和分片算法。由于分片算法与业务实现紧密相关,因此Sharding-JDBC没有提供内置的分片算法,而是通过分片策略将各种场景提炼出来,提供了高层级的抽象,通过提供接口让开发者自行实现分片算法。

以下内容引用自官方文档。官方文档

首先介绍四种分片算法。

通过分片算法将数据分片,支持通过=、BETWEEN和IN分片。
分片算法需要应用方开发者自行实现,可实现的灵活度非常高。

目前提供4种分片算法。由于分片算法和业务实现紧密相关,
因此并未提供内置分片算法,而是通过分片策略将各种场景提炼出来,
提供更高层级的抽象,并提供接口让应用开发者自行实现分片算法。

分片键

用于分片的数据库字段,是将数据库(表)水平拆分的关键字段。例:将订单表中的订单主键的尾数取模分片,则订单主键为分片字段。 SQL中如果无分片字段,将执行全路由,性能较差。 除了对单分片字段的支持,ShardingSphere也支持根据多个字段进行分片。

分片算法

通过分片算法将数据分片,支持通过=BETWEENIN分片。分片算法需要应用方开发者自行实现,可实现的灵活度非常高。

目前提供4种分片算法。由于分片算法和业务实现紧密相关,因此并未提供内置分片算法,而是通过分片策略将各种场景提炼出来,提供更高层级的抽象,并提供接口让应用开发者自行实现分片算法。

  • 精确分片算法

对应PreciseShardingAlgorithm,用于处理使用单一键作为分片键的=与IN进行分片的场景。需要配合StandardShardingStrategy使用。

  • 范围分片算法

对应RangeShardingAlgorithm,用于处理使用单一键作为分片键的BETWEEN AND进行分片的场景。需要配合StandardShardingStrategy使用。

  • 复合分片算法

对应ComplexKeysShardingAlgorithm,用于处理使用多键作为分片键进行分片的场景,包含多个分片键的逻辑较复杂,需要应用开发者自行处理其中的复杂度。需要配合ComplexShardingStrategy使用。

  • Hint分片算法

对应HintShardingAlgorithm,用于处理使用Hint行分片的场景。需要配合HintShardingStrategy使用。

分片策略

包含分片键和分片算法,由于分片算法的独立性,将其独立抽离。真正可用于分片操作的是分片键 + 分片算法,也就是分片策略。目前提供5种分片策略。

  • 标准分片策略

对应StandardShardingStrategy。提供对SQL语句中的=, IN和BETWEEN AND的分片操作支持。StandardShardingStrategy只支持单分片键,提供PreciseShardingAlgorithm和RangeShardingAlgorithm两个分片算法。PreciseShardingAlgorithm是必选的,用于处理=和IN的分片。RangeShardingAlgorithm是可选的,用于处理BETWEEN AND分片,如果不配置RangeShardingAlgorithm,SQL中的BETWEEN AND将按照全库路由处理。

  • 复合分片策略

对应ComplexShardingStrategy。复合分片策略。提供对SQL语句中的=, IN和BETWEEN AND的分片操作支持。ComplexShardingStrategy支持多分片键,由于多分片键之间的关系复杂,因此并未进行过多的封装,而是直接将分片键值组合以及分片操作符透传至分片算法,完全由应用开发者实现,提供最大的灵活度。

  • 行表达式分片策略

对应InlineShardingStrategy。使用Groovy的表达式,提供对SQL语句中的=和IN的分片操作支持,只支持单分片键。对于简单的分片算法,可以通过简单的配置使用,从而避免繁琐的Java代码开发,如: t_user_$->{u_id % 8} 表示t_user表根据u_id模8,而分成8张表,表名称为t_user_0t_user_7

  • Hint分片策略

对应HintShardingStrategy。通过Hint而非SQL解析的方式分片的策略。

  • 不分片策略

对应NoneShardingStrategy。不分片的策略。

SQL Hint

对于分片字段非SQL决定,而由其他外置条件决定的场景,可使用SQL Hint灵活的注入分片字段。例:内部系统,按照员工登录主键分库,而数据库中并无此字段。SQL Hint支持通过Java API和SQL注释(待实现)两种方式使用。

实战–自定义复合分片策略

由于目的为贴近实战,因此着重讲解如何实现复杂分片策略,即实现ComplexShardingStrategy接口定制生产可用的分片策略。

AdminIdShardingAlgorithm 复合分片算法代码如下:

import com.google.common.collect.Range;
import io.shardingjdbc.core.api.algorithm.sharding.ListShardingValue;
import io.shardingjdbc.core.api.algorithm.sharding.PreciseShardingValue;
import io.shardingjdbc.core.api.algorithm.sharding.RangeShardingValue;
import io.shardingjdbc.core.api.algorithm.sharding.ShardingValue;
import io.shardingjdbc.core.api.algorithm.sharding.complex.ComplexKeysShardingAlgorithm;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.apache.log4j.Logger;
 
import java.util.*;
 
/**
 */
public class AdminIdShardingAlgorithm implements ComplexKeysShardingAlgorithm {
 
    private Logger logger = Logger.getLogger(getClass());
 
    @Override
    public Collection<String> doSharding(Collection<String> availableTargetNames, Collection<ShardingValue> shardingValues) {
        Collection<String> routTables = new HashSet<String>();
        if (shardingValues != null) {
            for (ShardingValue shardingValue : shardingValues) {
 
                // eq in 条件
                if (shardingValue instanceof ListShardingValue) {
                    ListShardingValue listShardingValue = (ListShardingValue) shardingValue;
                    Collection<Comparable> values = listShardingValue.getValues();
                    if (values != null) {
                        Iterator<Comparable> it = values.iterator();
                        while (it.hasNext()) {
                            Comparable value = it.next();
                            String routTable = getRoutTable(shardingValue.getLogicTableName(), value);
                            if (StringUtils.isNotBlank(routTable)) {
                                routTables.add(routTable);
                            }
                        }
                    }
 
                    // eq 条件
                } else if (shardingValue instanceof PreciseShardingValue) {
                    PreciseShardingValue preciseShardingValue = (PreciseShardingValue) shardingValue;
 
                    Comparable value = preciseShardingValue.getValue();
                    String routTable = getRoutTable(shardingValue.getLogicTableName(), value);
                    if (StringUtils.isNotBlank(routTable)) {
                        routTables.add(routTable);
                    }
                    // between 条件
                } else if (shardingValue instanceof RangeShardingValue) {
                    RangeShardingValue rangeShardingValue = (RangeShardingValue) shardingValue;
                    Range<Comparable> valueRange = rangeShardingValue.getValueRange();
                    Comparable lowerEnd = valueRange.lowerEndpoint();
                    Comparable upperEnd = valueRange.upperEndpoint();
 
                    Collection<String> tables = getRoutTables(shardingValue.getLogicTableName(), lowerEnd, upperEnd);
                    if (tables != null && tables.size() > 0) {
                        routTables.addAll(tables);
                    }
                }
 
                if (routTables != null && routTables.size() > 0) {
                    return routTables;
                }
            }
        }
 
        throw new UnsupportedOperationException();

    }
 
    private String getRoutTable(String logicTable, Comparable keyValue) {
        Map<String, List<KeyShardingRange>> keyRangeMap = KeyShardingRangeConfig.getKeyRangeMap();
 
        List<KeyShardingRange> keyShardingRanges = keyRangeMap.get(KeyShardingRangeConfig.SHARDING_ID_KEY);
 
        if (keyValue != null && keyShardingRanges != null) {
            if (keyValue instanceof Integer) {
                keyValue = Long.valueOf(((Integer) keyValue).intValue());
            }
            for (KeyShardingRange range : keyShardingRanges) {
                if (keyValue.compareTo(range.getMin()) >= 0 && keyValue.compareTo(range.getMax()) <= 0) {
                    return logicTable + range.getTableKey();
                }
            }
        }
        return null;
    }
    private Collection<String> getRoutTables(String logicTable, Comparable lowerEnd, Comparable upperEnd) {
        Map<String, List<KeyShardingRange>> keyRangeMap = KeyShardingRangeConfig.getKeyRangeMap();
 
        List<KeyShardingRange> keyShardingRanges = keyRangeMap.get(KeyShardingRangeConfig.SHARDING_CONTENT_ID_KEY);
        Set<String> routTables = new HashSet<String>();
        if (lowerEnd != null && upperEnd != null && keyShardingRanges != null) {
            if (lowerEnd instanceof Integer) {
                lowerEnd = Long.valueOf(((Integer) lowerEnd).intValue());
            }
 
            if (upperEnd instanceof Integer) {
                upperEnd = Long.valueOf(((Integer) upperEnd).intValue());
            }
            boolean start = false;
            for (KeyShardingRange range : keyShardingRanges) {
                if (lowerEnd.compareTo(range.getMin()) >= 0 && lowerEnd.compareTo(range.getMax()) <= 0) {
                    start = true;
                }
                if (start) {
                    routTables.add(logicTable + range.getTableKey());
                }
                if (upperEnd.compareTo(range.getMin()) >= 0 && upperEnd.compareTo(range.getMax()) <= 0) {
                    break;
                }
            }
        }
        return routTables;
    }
}

范围 map 如下:

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
 
/**
 * 分片键分布配置
 */
public class KeyShardingRangeConfig {
 
    private static Map<String, List<KeyShardingRange>> keyRangeMap = new LinkedHashMap<String, List<KeyShardingRange>>();
 
    public static final String SHARDING_ORDER_ID_KEY = "id";
 
    public static final String SHARDING_USER_ID_KEY = "adminId";
 
    public static final String SHARDING_DATE_KEY = "createTime";
 
    static {
        List<KeyShardingRange> idRanges = new ArrayList<KeyShardingRange>();
        idRanges.add(new KeyShardingRange(0, "_0", 0L, 4000000L));
        idRanges.add(new KeyShardingRange(1, "_1", 4000001L, 8000000L));
        idRanges.add(new KeyShardingRange(2, "_2", 8000001L, 12000000L));
        idRanges.add(new KeyShardingRange(3, "_3", 12000001L, 16000000L));
        idRanges.add(new KeyShardingRange(4, "_4", 16000001L, 2000000L));
        keyRangeMap.put(SHARDING_ID_KEY, idRanges);
 
        List<KeyShardingRange> contentIdRanges = new ArrayList<KeyShardingRange>();
        contentIdRanges.add(new KeyShardingRange(0, "_0", 0L, 4000000L));
        contentIdRanges.add(new KeyShardingRange(1, "_1", 4000001L, 8000000L));
        contentIdRanges.add(new KeyShardingRange(2, "_2", 8000001L, 12000000L));
        contentIdRanges.add(new KeyShardingRange(3, "_3", 12000001L, 16000000L));
        contentIdRanges.add(new KeyShardingRange(4, "_4", 16000001L, 2000000L));
        keyRangeMap.put(SHARDING_CONTENT_ID_KEY, contentIdRanges);
 
        List<KeyShardingRange> timeRanges = new ArrayList<KeyShardingRange>();
        timeRanges.add(new KeyShardingRange("_0", 20170701L, 20171231L));
        timeRanges.add(new KeyShardingRange("_1", 20180101L, 20180630L));
        timeRanges.add(new KeyShardingRange("_2", 20180701L, 20181231L));
        timeRanges.add(new KeyShardingRange("_3", 20190101L, 20190630L));
        timeRanges.add(new KeyShardingRange("_4", 20190701L, 20191231L));
        keyRangeMap.put(SHARDING_DATE_KEY, timeRanges);
    }
 
    public static Map<String, List<KeyShardingRange>> getKeyRangeMap() {
        return keyRangeMap;
    }
}

核心逻辑解析

梳理一下逻辑,首先介绍一下该方法的入参

参数名                                                  解释


availableTargetNames                有效的物理数据源,即配置文件中的 t_order_0,t_order_1,t_order_2,t_order_3

shardingValues                           分片属性,如:{“columnName”:”order_id”,”logicTableName”:”t_order”,”values”:[“UD020003011903261545436593200002”]} ,包含:分片列名,逻辑表名,当前列的具体分片值


该方法返回值为

参数名                                                       解释


Collection<String>                    分片结果,可以是目标数据源,也可以是目标数据表,此处为数据源


接着回来看业务逻辑,伪代码如下

首先打印了一下数据源集合 availableTargetNames 以及 分片属性 shardingValues的值,执行测试用例后,日志输出为:

availableTargetNames:["t_order_0","t_order_1","t_order_2","t_order_3"],
shardingValues:[{"columnName":"user_id","logicTableName":"t_order","values":["UD020003011903261545436593200002"]},
                {"columnName":"order_id","logicTableName":"t_order","values":["OD000000011903261545475143200001"]}]

从日志可以看出,我们可以在该路由方法中取到配置时的物理数据源列表,以及在运行时获取本次执行时的路由属性及其值

完整的逻辑流程如下:

  1. 定义一个集合用于放置最终匹配好的路由数据源,接着对shardingValues进行遍历,目的为至少命中一个路由键
  2. 遍历shardingValues循环体中,打印了当前循环的shardingValue,即实际的分片键的数值,如:订单号、用户id等。通过getIndex方法,获取该分片键值中包含的物理数据源索引
  3. 接着遍历数据源列表availableTargetNames,截取当前循环对应availableTargetName的索引值,(eg: ds0则取0,ds1则取1…以此类推)将该配置的物理数据源索引与 第2步 中解析到的数据源路由索引进行比较,两者相等则表名我们期望将该数据路由到该匹配到的数据源。
  4. 执行这个过程,直到匹配到一个路由键则停止循环,之所以这么做是因为我们是复合分片,至少要匹配到一个路由规则,才能停止循环,最终将路由到的物理数据源(ds0/ds1/ds2/ds3)通过add方法添加到事先定义好的集合中并返回给框架。
  5. 逻辑结束。

小结

本文中,基本完成了Sharding-JDBC中复合分片路由算法的自定义实现,并经过测试验证符合预期,该实现方案在生产上已经经历过考验。定义分片路由策略的核心还是要熟悉ComplexKeysShardingAlgorithm,对如何解析 doSharding(Collection availableTargetNames, CollectionshardingValues)的参数有明确的认识,最简单的方法就是实际打印一下参数,相信会让你更加直观的感受到作者优良的接口设计能力,站在巨人的肩膀上我们能看到更远。

posted @ 2019-07-24 21:52  如.若  阅读(15027)  评论(1编辑  收藏  举报