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DIY3种分库分表分片算法,自己写的轮子才吊!

转载 作者:撒哈拉 更新时间:2024-04-01 16:44:21 55 4
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大家好,我是小富~ 。

前言

本文是《ShardingSphere5.x分库分表原理与实战》系列的第六篇,书接上文实现三种自定义分片算法。通过自定义算法,可以根据特定业务需求定制分片策略,以满足不同场景下的性能、扩展性或数据处理需求。同时,可以优化分片算法以提升系统性能,规避数据倾斜等问题.

在这里,自定义分片算法的类型(Type)统一为CLASS_BASED,包含两个属性:strategy 表示分片策略类型,目前支持三种:STANDARD、COMPLEX、HINT;algorithmClassName 表示自定义分片算法的实现类路径。此外,还可以向算法类内传入自定义属性.

自定义 STANDARD 算法

要实现自定义 STANDARD 标准算法,需要实现StandardShardingAlgorithm<T>接口( T 代表接收的分片健值类型),并重写接口中的四个方法。其中,有两个 doSharding() 方法为处理分片的核心逻辑;getProps() 方法用于获取分片算法的配置信息;init() 方法则用于初始化分片算法的配置信息,支持动态修改.

5.X 以后的版本,实现自定义标准算法的精准分片和范围分片,不在需要实现多个接口。只用实现 StandardShardingAlgorithm 标准算法接口,重写两个 doSharding() 方法。 doSharding(availableTargetNames,rangeShardingValue) 处理含有 >、<、between and 等操作符的 SQL,doSharding(availableTargetNames,preciseShardingValue) 处理含有 = 、in 等操作符的 SQL.

精准分片

精准分片用于SQL中包含 in、= 等操作符的场景,支持单一分片健.

重写方法 doSharding(Collection availableTargetNames, PreciseShardingValue preciseShardingValue),该方法返回单一的分片数据源或分片表数据。有两个参数:一个是可用目标分库、分表的集合,另一个是精准分片属性对象.

PreciseShardingValue 对象属性数据格式如下:

{
  "columnName": "order_id", // 分片健
  "dataNodeInfo": {  
    "paddingChar": "0",
    "prefix": "db",   // 数据节点信息前缀,例如:分库时为db,分表时为分片表t_order_
    "suffixMinLength": 1
  },
  "logicTableName": "t_order", // 逻辑表
  "value": 1 // 分片健值
}

范围分片

范围分片用于 SQL中包含 >、< 等范围操作符的场景,支持单一分片健.

重写方法 doSharding(Collection availableTargetNames, RangeShardingValue rangeShardingValue),该方法可以返回多个分片数据源或分片表数据。有两个参数:一个是可用目标分库、分表的集合,另一个是精准分片属性对象.

RangeShardingValue 对象属性数据格式如下:

{
  "columnName": "order_id", // 分片健
  "dataNodeInfo": {
    "paddingChar": "0",
    "prefix": "db",  // 数据节点前缀,分库时为数据源,分表时为分片表t_order_
    "suffixMinLength": 1
  },
  "logicTableName": "t_order", // 逻辑表
  "valueRange": [0,∞]  // 分片健值的范围数据
}

精准分片算法的 doSharding() 执行流程:从PreciseShardingValue.getValue()中获取分片键值,然后经过计算得出相应编号,最终在availableTargetNames可用目标分库、分片表集合中选择以一个符合的返回.

范围分片算法的 doSharding() 执行流程:从RangeShardingValue.getValueRange()方法获取分片键的数值范围,然后经过计算得出相应编号,最终在availableTargetNames可用目标分库、分片表集合中选择多个符合的返回.

下面是具体实现分片的逻辑:

/**
 * 自定义标准分片算法
 *
 * @author 公众号:程序员小富
 * @date 2024/03/22 11:02
 */
@Slf4j
public class OrderStandardCustomAlgorithm implements StandardShardingAlgorithm<Long> {

    /**
     * 精准分片进入 sql中有 = 和 in 等操作符会执行
     *
     * @param availableTargetNames 所有分片表的集合
     * @param shardingValue        分片健的值,SQL中解析出来的分片值
     */
    @Override
    public String doSharding(Collection<String> availableTargetNames,
                             PreciseShardingValue<Long> shardingValue) {
        /**
         * 分库策略使用时:availableTargetNames 参数数据为分片库的集合 ["db0","db1"]
         * 分表策略使用时:availableTargetNames 参数数据为分片库的集合 ["t_order_0","t_order_1","t_order_2"]
         */
        log.info("进入精准分片 precise availableTargetNames:{}", JSON.toJSONString(availableTargetNames));

        /**
         * 分库策略使用时: shardingValue 参数数据:{"columnName":"order_id","dataNodeInfo":{"paddingChar":"0","prefix":"db","suffixMinLength":1},"logicTableName":"t_order","value":1}
         * 分表策略使用时: shardingValue 参数数据:{"columnName":"order_id","dataNodeInfo":{"paddingChar":"0","prefix":"t_order_","suffixMinLength":1},"logicTableName":"t_order","value":1}
         */
        log.info("进入精准分片 preciseShardingValue:{}", JSON.toJSONString(shardingValue));
        int tableSize = availableTargetNames.size();
        // 真实表的前缀
        String tablePrefix = shardingValue.getDataNodeInfo().getPrefix();
        // 分片健的值
        long orderId = shardingValue.getValue();
        // 对分片健取模后确定位置
        long mod = orderId % tableSize;
        return tablePrefix + mod;
    }

    /**
     * 范围分片进入 sql中有 between 和  < > 等操作符会执行
     *
     * @param availableTargetNames 所有分片表的集合
     * @param shardingValue        分片健的值,SQL中解析出来的分片值
     * @return
     */
    @Override
    public Collection<String> doSharding(Collection<String> availableTargetNames,
                                         RangeShardingValue<Long> shardingValue) {
        /**
         * 分库策略使用时:availableTargetNames 参数数据为分片库的集合 ["db0","db1"]
         * 分表策略使用时:availableTargetNames 参数数据为分片库的集合 ["t_order_0","t_order_1","t_order_2"]
         */
        log.info("进入范围分片:range availableTargetNames:{}", JSON.toJSONString(availableTargetNames));


        /**
         * 分库策略使用时 shardingValue 参数数据:{"columnName":"order_id","dataNodeInfo":{"paddingChar":"0","prefix":"db","suffixMinLength":1},"logicTableName":"t_order","valueRange":{"empty":false}}
         * 分表策略使用时 shardingValue 参数数据:{"columnName":"order_id","dataNodeInfo":{"paddingChar":"0","prefix":"t_order_","suffixMinLength":1},"logicTableName":"t_order","valueRange":{"empty":false}}
         */
        log.info("进入范围分片:rangeShardingValue:{}", JSON.toJSONString(shardingValue));
        // 分片健值的下边界
        Range<Long> valueRange = shardingValue.getValueRange();
        Long lower = valueRange.lowerEndpoint();
        // 分片健值的上边界
        Long upper = valueRange.upperEndpoint();
        // 真实表的前缀
        String tablePrefix = shardingValue.getDataNodeInfo().getPrefix();
        if (lower != null && upper != null) {
            // 分片健的值
            long orderId = upper - lower;
            // 对分片健取模后确定位置
            long mod = orderId % availableTargetNames.size();
            return Arrays.asList(tablePrefix + mod);
        }
        //
        return Collections.singletonList("t_order_0");
    }

    @Override
    public Properties getProps() {
        return null;
    }

    /**
     * 初始化配置
     *
     * @param properties
     */
    @Override
    public void init(Properties properties) {
        Object prop = properties.get("prop");
        log.info("配置信息:{}", JSON.toJSONString(prop));
    }
}

配置算法

在实现了自定义分片算法的两个 doSharding() 核心逻辑之后,接着配置并使用定义的算法。配置属性包括strategy分片策略类型设置成standard,algorithmClassName自定义标准算法的实现类全路径。需要注意的是:策略和算法类型必须保持一致,否则会导致错误.

spring:
  shardingsphere:
    rules:
      sharding:
        # 分片算法定义
        sharding-algorithms:
          t_order_database_mod:
            type: MOD
            props:
              sharding-count: 2 # 指定分片数量
          # 12、自定义 STANDARD 标准算法
          t_order_standard_custom_algorithm:
            type: CLASS_BASED
            props:
              # 分片策略
              strategy: standard
              # 分片算法类
              algorithmClassName: com.shardingsphere_101.algorithm.OrderStandardCustomAlgorithm
              # 自定义属性
              prop:
                aaaaaa: 123456
                bbbbbb: 654321
        tables:
          # 逻辑表名称
          t_order:
            # 数据节点:数据库.分片表
            actual-data-nodes: db$->{0..1}.t_order_${0..2}
            # 分库策略
            database-strategy:
              standard:
                sharding-column: order_id
                sharding-algorithm-name: t_order_database_mod
            # 分表策略
            table-strategy:
              standard:
                sharding-column: order_id
                sharding-algorithm-name: t_order_standard_custom_algorithm

测试算法

在插入测试数据时,默认会自动进入精确分片的 doSharding() 方法内,看到该方法会获取分片键的数值,根据我们的计算规则确定返回一个目标分片表用于路由.

接着执行一个范围查询的 SQL,此时将进入范围分片的 doSharding() 方法。通过观察 shardingValue.getValueRange() 方法中分片键的数值范围,可以发现这些数值范围是从SQL查询中解析得到的.

select * from t_order where order_id > 1 and order_id < 10

自定义 COMPLEX 算法

复合分片算法支持包含 >,>=, <=,<,=,IN 和 BETWEEN AND 等操作符的SQL,支持多分片健.

自定义COMPLEX复合分片算法,需要我们实现 ComplexKeysShardingAlgorithm<T> 接口(其中 T 代表接收的分片键值类型),并重写该接口内部的 3 个方法。其中,主要关注用于处理核心分片逻辑的 doSharding()方法,可以返回多个分片数据源或分片表数据;其他两个配置方法与上述类似,这里不再赘述.

重写复合分片方法 doSharding(Collection availableTargetNames, ComplexKeysShardingValue shardingValues) 实现定制的多分片健逻辑,该方法有两个参数:一个是可用目标分库、分表的集合;另一个是多分片健属性对象.

logicTableName为逻辑表名,columnNameAndShardingValuesMap用于存储多个分片键和对应的键值,columnNameAndRangeValuesMap用于存储多个分片键和对应的键值范围.

ComplexKeysShardingValue数据结构如下:

public final class ComplexKeysShardingValue<T extends Comparable<?>> implements ShardingValue {
    // 逻辑表
    private final String logicTableName;
    // 多分片健及其数值
    private final Map<String, Collection<T>> columnNameAndShardingValuesMap;
    // 多分片健及其范围数值
    private final Map<String, Range<T>> columnNameAndRangeValuesMap;
}

核心流程:通过循环 Map 得到多个分片健值进行计算,从 availableTargetNames 可用目标分库、分片表集合中选择多个符合条件的返回.

/**
 * 自定义复合分片算法
 *
 * @author 公众号:程序员小富
 * @date 2024/03/22 11:02
 */
@Slf4j
public class OrderComplexCustomAlgorithm implements ComplexKeysShardingAlgorithm<Long> {

    /**
     * 复合分片算法进入,支持>,>=, <=,<,=,IN 和 BETWEEN AND 等操作符
     *
     * @param availableTargetNames 所有分片表的集合
     * @param complexKeysShardingValue        多个分片健的值,并SQL中解析出来的分片值
     */
    @Override
    public Collection<String> doSharding(Collection<String> availableTargetNames,
                                         ComplexKeysShardingValue<Long> complexKeysShardingValue) {

        /**
         * 分库策略使用时:availableTargetNames 参数数据为分片库的集合 ["db0","db1"]
         * 分表策略使用时:availableTargetNames 参数数据为分片库的集合 ["t_order_0","t_order_1","t_order_2"]
         */
        log.info("进入复合分片:complex availableTargetNames:{}", JSON.toJSONString(availableTargetNames));

        // 多分片健和其对应的分片健范围值
        Map<String, Range<Long>> columnNameAndRangeValuesMap = complexKeysShardingValue.getColumnNameAndRangeValuesMap();
        log.info("进入复合分片:columnNameAndRangeValuesMap:{}", JSON.toJSONString(columnNameAndRangeValuesMap));

        columnNameAndRangeValuesMap.forEach((columnName, range) -> {
            // 分片健
            log.info("进入复合分片:columnName:{}", columnName);
            // 分片健范围值
            log.info("进入复合分片:range:{}", JSON.toJSONString(range));
        });

        // 多分片健和其对应的分片健值
        Map<String, Collection<Long>> columnNameAndShardingValuesMap = complexKeysShardingValue.getColumnNameAndShardingValuesMap();
        log.info("进入复合分片:columnNameAndShardingValuesMap:{}", JSON.toJSONString(columnNameAndShardingValuesMap));
        columnNameAndShardingValuesMap.forEach((columnName, shardingValues) -> {
            // 分片健
            log.info("进入复合分片:columnName:{}", columnName);
            // 分片健值
            log.info("进入复合分片:shardingValues:{}", JSON.toJSONString(shardingValues));
        });

        return null;
    }
}

配置算法

处理完复合分片算法的doSharding()核心逻辑,接着配置使用定义的算法,配置属性包括strategy分片策略类型设置成complex,algorithmClassName自定义算法的实现类全路径.

需要注意:配置分片键时,一定要使用 sharding-columns 表示复数形式,很容易出错.

spring:
  shardingsphere:
    rules:
      sharding:
        sharding-algorithms:
          t_order_database_mod:
            type: MOD
            props:
              sharding-count: 2 # 指定分片数量
          # 13、自定义 complex 标准算法
          t_order_complex_custom_algorithm:
            type: CLASS_BASED
            props:
              # 分片策略
              strategy: complex
              # 分片算法类
              algorithmClassName: com.shardingsphere_101.algorithm.OrderComplexCustomAlgorithm
              # 自定义属性
              aaaaaa: aaaaaa
        tables:
          # 逻辑表名称
          t_order:
            # 数据节点:数据库.分片表
            actual-data-nodes: db$->{0..1}.t_order_${0..2}
            # 分库策略
            database-strategy:
              standard:
                sharding-column: order_id
                sharding-algorithm-name: t_order_database_mod
            # 分表策略
            table-strategy:
              complex:
                sharding-columns: order_id , user_id
                sharding-algorithm-name: t_order_complex_custom_algorithm

测试算法

插入测试数据,debug 进入 doSharding() 方法,看到columnNameAndShardingValuesMap内获取到了 user_id 、order_id 两个分片键及健值.

当执行范围查询的SQL,columnNameAndRangeValuesMap属性内获取到了 user_id、order_id 两个分片键及健值范围,通过range.upperEndpoint()、lowerEndpoint()得到上下界值.

select * from t_order where order_id > 1 and user_id > 1;