Sharding-Jdbc 实现读写分离 + 分库分表，写得太好了！
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2022-01-08 23:16
ShardingSphere-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，可理解为增强版的Jdbc驱动，完全兼容Jdbc和各种ORM框架
2、MySQL主从复制
1）、docker配置mysql主从复制
1）创建主服务器所需目录
mkdir -p /usr/local/mysqlData/master/cnf
mkdir -p /usr/local/mysqlData/master/data
2）定义主服务器配置文件
vim /usr/local/mysqlData/master/cnf/mysql.cnf
[mysqld]
## 设置server_id,注意要唯一
server-id=1
## 开启binlog
log-bin=mysql-bin
## binlog缓存
binlog_cache_size=1M
## binlog格式(mixed、statement、row,默认格式是statement)
binlog_format=mixed
3）创建并启动mysql主服务
docker run -itd -p 3306:3306 --name master -v /usr/local/mysqlData/master/cnf:/etc/mysql/conf.d -v /usr/local/mysqlData/master/data:/var/lib/mysql -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 mysql:5.7
4）添加复制master数据的用户reader，供从服务器使用
[root@aliyun /]# docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
6af1df686fff mysql:5.7 "docker-entrypoint..." 5 seconds ago Up 4 seconds 0.0.0.0:3306->3306/tcp, 33060/tcp master
[root@aliyun /]# docker exec -it master /bin/bash
root@41d795785db1:/# mysql -u root -p123456
mysql> GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* to 'reader'@'%' identified by 'reader';
Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.00 sec)
mysql> FLUSH PRIVILEGES;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
5）创建从服务器所需目录，编辑配置文件
mkdir /usr/local/mysqlData/slave/cnf -p
mkdir /usr/local/mysqlData/slave/cnf -p
vim /usr/local/mysqlData/slave/cnf/mysql.cnf
[mysqld]
## 设置server_id,注意要唯一
server-id=2
## 开启binlog,以备Slave作为其它Slave的Master时使用
log-bin=mysql-slave-bin
## relay_log配置中继日志
relay_log=edu-mysql-relay-bin
## 如果需要同步函数或者存储过程
log_bin_trust_function_creators=true
## binlog缓存
binlog_cache_size=1M
## binlog格式(mixed、statement、row,默认格式是statement)
binlog_format=mixed
## 跳过主从复制中遇到的所有错误或指定类型的错误,避免slave端复制中断
## 如:1062错误是指一些主键重复,1032错误是因为主从数据库数据不一致
slave_skip_errors=1062
6）创建并运行mysql从服务器
docker run -itd -p 3307:3306 --name slaver -v /usr/local/mysqlData/slave/cnf:/etc/mysql/conf.d -v /usr/local/mysqlData/slave/data:/var/lib/mysql -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 mysql:5.7
7）在从服务器上配置连接主服务器的信息
首先主服务器上查看master_log_file、master_log_pos两个参数，然后切换到从服务器上进行主服务器的连接信息的设置。
主服务上执行：
root@6af1df686fff:/# mysql -u root -p123456
mysql> show master status;
+------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
| File | Position | Binlog_Do_DB | Binlog_Ignore_DB | Executed_Gtid_Set |
+------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
| mysql-bin.000003 | 591 | | | |
+------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
1 row in set (0.00 sec)
docker查看主服务器容器的ip地址
[root@aliyun /]# docker inspect --format='{{.NetworkSettings.IPAddress}}' master
172.17.0.2
从服务器上执行：
[root@aliyun /]# docker exec -it slaver /bin/bash
root@fe8b6fc2f1ca:/# mysql -u root -p123456
mysql> change master to master_host='172.17.0.2',master_user='reader',master_password='reader',master_log_file='mysql-bin.000003',master_log_pos=591;
8）从服务器启动I/O 线程和SQL线程
mysql> start slave;
Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.00 sec)
mysql> show slave status\G
*************************** 1. row ***************************
Slave_IO_State: Waiting for master to send event
Master_Host: 172.17.0.2
Master_User: reader
Master_Port: 3306
Connect_Retry: 60
Master_Log_File: mysql-bin.000003
Read_Master_Log_Pos: 591
Relay_Log_File: edu-mysql-relay-bin.000002
Relay_Log_Pos: 320
Relay_Master_Log_File: mysql-bin.000003
Slave_IO_Running: Yes
Slave_SQL_Running: Yes
Slave_IO_Running: Yes，Slave_SQL_Running: Yes即表示启动成功
2）、binlog和redo log回顾
1）redo log（重做日志）
InnoDB首先将redo log放入到redo log buffer，然后按一定频率将其刷新到redo log file
下列三种情况下会将redo log buffer刷新到redo log file：
Master Thread每一秒将redo log buffer刷新到redo log file 每个事务提交时会将redo log buffer刷新到redo log file 当redo log缓冲池剩余空间小于1/2时，会将redo log buffer刷新到redo log file
MySQL里常说的WAL技术，全称是Write Ahead Log，即当事务提交时，先写redo log，再修改页。也就是说，当有一条记录需要更新的时候，InnoDB会先把记录写到redo log里面，并更新Buffer Pool的page，这个时候更新操作就算完成了
Buffer Pool是物理页的缓存，对InnoDB的任何修改操作都会首先在Buffer Pool的page上进行，然后这样的页将被标记为脏页并被放到专门的Flush List上，后续将由专门的刷脏线程阶段性的将这些页面写入磁盘
InnoDB的redo log是固定大小的，比如可以配置为一组4个文件，每个文件的大小是1GB，循环使用，从头开始写，写到末尾就又回到开头循环写（顺序写，节省了随机写磁盘的IO消耗）
Write Pos是当前记录的位置，一边写一边后移，写到第3号文件末尾后就回到0号文件开头。Check Point是当前要擦除的位置，也是往后推移并且循环的，擦除记录前要把记录更新到数据文件
Write Pos和Check Point之间空着的部分，可以用来记录新的操作。如果Write Pos追上Check Point，这时候不能再执行新的更新，需要停下来擦掉一些记录，把Check Point推进一下
当数据库发生宕机时，数据库不需要重做所有的日志，因为Check Point之前的页都已经刷新回磁盘，只需对Check Point后的redo log进行恢复，从而缩短了恢复的时间
当缓冲池不够用时，根据LRU算法会溢出最近最少使用的页，若此页为脏页，那么需要强制执行Check Point，将脏页刷新回磁盘。
2）binlog（归档日志）
MySQL整体来看就有两块：一块是Server层，主要做的是MySQL功能层面的事情；还有一块是引擎层，负责存储相关的具体事宜。redo log是InnoDB引擎特有的日志，而Server层也有自己的日志，称为binlog
binlog记录了对MySQL数据库执行更改的所有操作，不包括SELECT和SHOW这类操作，主要作用是用于数据库的主从复制及数据的增量恢复
使用mysqldump备份时，只是对一段时间的数据进行全备，但是如果备份后突然发现数据库服务器故障，这个时候就要用到binlog的日志了
binlog格式有三种：STATEMENT，ROW，MIXED
STATEMENT模式：binlog里面记录的就是SQL语句的原文。优点是并不需要记录每一行的数据变化，减少了binlog日志量，节约IO，提高性能。缺点是在某些情况下会导致master-slave中的数据不一致 ROW模式：不记录每条SQL语句的上下文信息，仅需记录哪条数据被修改了，修改成什么样了，解决了STATEMENT模式下出现master-slave中的数据不一致。缺点是会产生大量的日志，尤其是alter table的时候会让日志暴涨 MIXED模式：以上两种模式的混合使用，一般的复制使用STATEMENT模式保存binlog，对于STATEMENT模式无法复制的操作使用ROW模式保存binlog，MySQL会根据执行的SQL语句选择日志保存方式
3）redo log和binlog日志的不同
redo log是InnoDB引擎特有的；binlog是MySQL的Server层实现的，所有引擎都可以使用 redo log是物理日志，记录的是在某个数据也上做了什么修改；binlog是逻辑日志，记录的是这个语句的原始逻辑，比如给ID=2这一行的c字段加1 redo log是循环写的，空间固定会用完；binlog是可以追加写入的，binlog文件写到一定大小后会切换到下一个，并不会覆盖以前的日志
4）两阶段提交
create table T(ID int primary key, c int);
update T set c=c+1 where ID=2;
执行器和InnoDB引擎在执行这个update语句时的内部流程：
执行器先找到引擎取ID=2这一行。ID是主键，引擎直接用树搜索找到这一行。如果ID=2这一行所在的数据也本来就在内存中，就直接返回给执行器；否则，需要先从磁盘读入内存，然后再返回 执行器拿到引擎给的行数据，把这个值加上1，得到新的一行数据，再调用引擎接口写入这行新数据 引擎将这行新数据更新到内存中，同时将这个更新操作记录到redo log里面，此时redo log处于prepare状态。然后告知执行器执行完成了，随时可以提交事务 执行器生成这个操作的binlog，并把binlog写入磁盘 执行器调用引擎的提交事务接口，引擎把刚刚写入的redo log改成提交状态，更新完成
update语句的执行流程图如下，图中浅色框表示在InnoDB内部执行的，深色框表示是在执行器中执行的
将redo log的写入拆成了两个步骤：prepare和commit，这就是两阶段提交
3）、MySQL主从复制原理
从库B和主库A之间维持了一个长连接。主库A内部有一个线程，专门用于服务从库B的这个长连接。一个事务日志同步的完整过程如下：
在从库B上通过change master命令，设置主库A的IP、端口、用户名、密码，以及要从哪个位置开始请求binlog，这个位置包含文件名和日志偏移量 在从库B上执行start slave命令，这时从库会启动两个线程，就是图中的I/O线程和SQL线程。其中I/O线程负责与主库建立连接 主库A校验完用户名、密码后，开始按照从库B传过来的位置，从本地读取binlog，发给B 从库B拿到binlog后，写到本地文件，称为中继日志 SQL线程读取中继日志，解析出日志里的命令，并执行
由于多线程复制方案的引入，SQL线程演化成了多个线程
主从复制不是完全实时地进行同步，而是异步实时。这中间存在主从服务之间的执行延时，如果主服务器的压力很大，则可能导致主从服务器延时较大。
3、Sharding-Jdbc实现读写分离
1）、新建Springboot工程，引入相关依赖，Spring Boot 基础就不介绍了，推荐下这个实战教程：https://www.javastack.cn/categories/Spring-Boot/
org.springframework.boot
spring-boot-starter-web
org.mybatis.spring.boot
mybatis-spring-boot-starter
2.1.4
mysql
mysql-connector-java
runtime
com.alibaba
druid-spring-boot-starter
1.1.21
org.apache.shardingsphere
sharding-jdbc-spring-boot-starter
4.0.0-RC1
org.projectlombok
lombok
true
org.springframework.boot
spring-boot-starter-test
test
2）、application.properties配置文件
spring.main.allow-bean-definition-overriding=true
#显示sql
spring.shardingsphere.props.sql.show=true
#配置数据源
spring.shardingsphere.datasource.names=ds1,ds2,ds3
#master-ds1数据库连接信息
spring.shardingsphere.datasource.ds1.type=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
spring.shardingsphere.datasource.ds1.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.ds1.url=jdbc:mysql://47.101.58.187:3306/sharding-jdbc-db?useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=Asia/Shanghai
spring.shardingsphere.datasource.ds1.username=root
spring.shardingsphere.datasource.ds1.password=123456
spring.shardingsphere.datasource.ds1.maxPoolSize=100
spring.shardingsphere.datasource.ds1.minPoolSize=5
#slave-ds2数据库连接信息
spring.shardingsphere.datasource.ds2.type=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
spring.shardingsphere.datasource.ds2.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.ds2.url=jdbc:mysql://47.101.58.187:3307/sharding-jdbc-db?useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=Asia/Shanghai
spring.shardingsphere.datasource.ds2.username=root
spring.shardingsphere.datasource.ds2.password=123456
spring.shardingsphere.datasource.ds2.maxPoolSize=100
spring.shardingsphere.datasource.ds2.minPoolSize=5
#slave-ds3数据库连接信息
spring.shardingsphere.datasource.ds3.type=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
spring.shardingsphere.datasource.ds3.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.ds3.url=jdbc:mysql://47.101.58.187:3307/sharding-jdbc-db?useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=Asia/Shanghai
spring.shardingsphere.datasource.ds3.username=root
spring.shardingsphere.datasource.ds3.password=123456
spring.shardingsphere.datasource.ds.maxPoolSize=100
spring.shardingsphere.datasource.ds3.minPoolSize=5
#配置默认数据源ds1 默认数据源,主要用于写
spring.shardingsphere.sharding.default-data-source-name=ds1
#配置主从名称
spring.shardingsphere.masterslave.name=ms
#置主库master,负责数据的写入
spring.shardingsphere.masterslave.master-data-source-name=ds1
#配置从库slave节点
spring.shardingsphere.masterslave.slave-data-source-names=ds2,ds3
#配置slave节点的负载均衡均衡策略,采用轮询机制
spring.shardingsphere.masterslave.load-balance-algorithm-type=round_robin
#整合mybatis的配置
mybatis.type-aliases-package=com.ppdai.shardingjdbc.entity
3）、创建t_user表
CREATE TABLE `t_user` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`nickname` varchar(100) DEFAULT NULL,
`password` varchar(100) DEFAULT NULL,
`sex` int(11) DEFAULT NULL,
`birthday` varchar(50) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
4）、定义Controller、Mapper、Entity
@Data
public class User {
private Integer id;
private String nickname;
private String password;
private Integer sex;
private String birthday;
}
@RestController
@RequestMapping("/api/user")
public class UserController {
@Autowired
private UserMapper userMapper;
@PostMapping("/save")
public String addUser() {
User user = new User();
user.setNickname("zhangsan" + new Random().nextInt());
user.setPassword("123456");
user.setSex(1);
user.setBirthday("1997-12-03");
userMapper.addUser(user);
return "success";
}
@GetMapping("/findUsers")
public List findUsers() {
return userMapper.findUsers();
}
}
public interface UserMapper {
@Insert("insert into t_user(nickname,password,sex,birthday) values(#{nickname},#{password},#{sex},#{birthday})")
void addUser(User user);
@Select("select * from t_user")
List findUsers();
}
5）、验证
启动日志中三个数据源初始化成功：
调用http://localhost:8080/api/user/save一直进入到ds1主节点
调用http://localhost:8080/api/user/findUsers一直进入到ds2、ds3节点，并且轮询进入
4、MySQL分库分表原理
1）、分库分表
水平拆分：同一个表的数据拆到不同的库不同的表中。可以根据时间、地区或某个业务键维度，也可以通过hash进行拆分，最后通过路由访问到具体的数据。拆分后的每个表结构保持一致
垂直拆分：就是把一个有很多字段的表给拆分成多个表，或者是多个库上去。每个库表的结构都不一样，每个库表都包含部分字段。一般来说，可以根据业务维度进行拆分，如订单表可以拆分为订单、订单支持、订单地址、订单商品、订单扩展等表；也可以，根据数据冷热程度拆分，20%的热点字段拆到一个表，80%的冷字段拆到另外一个表。
一般数据库的拆分也是有一个过程的，一开始是单表，后面慢慢拆成多表。那么我们就看下如何平滑的从MySQL单表过度到MySQL的分库分表架构
利用MySQL+Canal做增量数据同步，利用分库分表中间件，将数据路由到对应的新表中 利用分库分表中间件，全量数据导入到对应的新表中 通过单表数据和分库分表数据两两比较，更新不匹配的数据到新表中 数据稳定后，将单表的配置切换到分库分表配置上
5、Sharding-Jdbc实现分库分表
1）、逻辑表
用户数据根据订单id%2拆分为2个表，分别是：t_order0和t_order1。他们的逻辑表名是：t_order
多数据源相同表：
#多数据源$->{0..N}.逻辑表名$->{0..N} 相同表
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.actual-data-nodes=ds$->{0..1}.t_order$->{0..1}
多数据源不同表：
#多数据源$->{0..N}.逻辑表名$->{0..N} 不同表
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.actual-data-nodes=ds0.t_order$->{0..1},ds1.t_order$->{2..4}
单库分表：
#单数据源的配置方式
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.actual-data-nodes=ds0.t_order$->{0..4}
全部手动指定：
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.actual-data-nodes=ds0.t_order0,ds1.t_order0,ds0.t_order1,ds1.t_order1
2）、inline分片策略
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.actual-data-nodes=ds$->{0..1}.t_order$->{0..1}
#数据源分片策略
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.database-strategy.inline.sharding-column=user_id
#数据源分片算法
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.database-strategy.inline.algorithm-expression=ds$->{user_id%2}
#表分片策略
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.table-strategy.inline.sharding-column=order_id
#表分片算法
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.table-strategy.inline.algorithm-expression=t_order$->{order_id%2}
上面的配置通过user_id%2来决定具体数据源，通过order_id%2来决定具体表
insert into t_order(user_id,order_id) values(2,3)，user_id%2 = 0使用数据源ds0，order_id%2 = 1使用t_order1，insert语句最终操作的是数据源ds0的t_order1表。
3）、分布式主键配置
Sharding-Jdbc可以配置分布式主键生成策略。默认使用雪花算法（snowflake），生成64bit的长整型数据，也支持UUID的方式
#主键的列名
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.key-generator.column=id
#主键生成策略
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_order.key-generator.type=SNOWFLAKE
4）、inline分片策略实现分库分表
需求：
对1000w的用户数据进行分库分表，对用户表的数据进行分表和分库的操作。根据年龄奇数存储在t_user1，偶数t_user0，同时性别奇数存储在ds1，偶数ds0。
表结构：
CREATE TABLE `t_user0` (
`id` bigint(20) DEFAULT NULL,
`nickname` varchar(200) DEFAULT NULL,
`password` varchar(200) DEFAULT NULL,
`age` int(11) DEFAULT NULL,
`sex` int(11) DEFAULT NULL,
`birthday` varchar(100) DEFAULT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
CREATE TABLE `t_user1` (
`id` bigint(20) DEFAULT NULL,
`nickname` varchar(200) DEFAULT NULL,
`password` varchar(200) DEFAULT NULL,
`age` int(11) DEFAULT NULL,
`sex` int(11) DEFAULT NULL,
`birthday` varchar(100) DEFAULT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
两个数据库中都包含t_user0和t_user1两张表。Spring Boot 基础就不介绍了，推荐下这个实战教程：https://www.javastack.cn/categories/Spring-Boot/
application.properties：
spring.main.allow-bean-definition-overriding=true
#显示sql
spring.shardingsphere.props.sql.show=true
#配置数据源
spring.shardingsphere.datasource.names=ds0,ds1
#ds0数据库连接信息
spring.shardingsphere.datasource.ds0.type=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
spring.shardingsphere.datasource.ds0.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.ds0.url=jdbc:mysql://47.101.58.187:3306/t_user_db0?useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=Asia/Shanghai
spring.shardingsphere.datasource.ds0.username=root
spring.shardingsphere.datasource.ds0.password=123456
spring.shardingsphere.datasource.ds0.maxPoolSize=100
spring.shardingsphere.datasource.ds0.minPoolSize=5
#ds1数据库连接信息
spring.shardingsphere.datasource.ds1.type=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
spring.shardingsphere.datasource.ds1.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.ds1.url=jdbc:mysql://47.101.58.187:3306/t_user_db1?useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=Asia/Shanghai
spring.shardingsphere.datasource.ds1.username=root
spring.shardingsphere.datasource.ds1.password=123456
spring.shardingsphere.datasource.ds1.maxPoolSize=100
spring.shardingsphere.datasource.ds1.minPoolSize=5
#整合mybatis的配置
mybatis.type-aliases-package=com.ppdai.shardingjdbc.entity
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_user.actual-data-nodes=ds$->{0..1}.t_user$->{0..1}
#数据源分片策略
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_user.database-strategy.inline.sharding-column=sex
#数据源分片算法
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_user.database-strategy.inline.algorithm-expression=ds$->{sex%2}
#表分片策略
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_user.table-strategy.inline.sharding-column=age
#表分片算法
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_user.table-strategy.inline.algorithm-expression=t_user$->{age%2}
#主键的列名
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_user.key-generator.column=id
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_user.key-generator.type=SNOWFLAKE
测试类：
@SpringBootTest
class ShardingJdbcApplicationTests {
@Autowired
private UserMapper userMapper;
/**
* sex:奇数
* age:奇数
* ds1.t_user1
*/
@Test
public void test01() {
User user = new User();
user.setNickname("zhangsan" + new Random().nextInt());
user.setPassword("123456");
user.setAge(17);
user.setSex(1);
user.setBirthday("1997-12-03");
userMapper.addUser(user);
}
/**
* sex:奇数
* age:偶数
* ds1.t_user0
*/
@Test
public void test02() {
User user = new User();
user.setNickname("zhangsan" + new Random().nextInt());
user.setPassword("123456");
user.setAge(18);
user.setSex(1);
user.setBirthday("1997-12-03");
userMapper.addUser(user);
}
/**
* sex:偶数
* age:奇数
* ds0.t_user1
*/
@Test
public void test03() {
User user = new User();
user.setNickname("zhangsan" + new Random().nextInt());
user.setPassword("123456");
user.setAge(17);
user.setSex(2);
user.setBirthday("1997-12-03");
userMapper.addUser(user);
}
/**
* sex:偶数
* age:偶数
* ds0.t_user0
*/
@Test
public void test04() {
User user = new User();
user.setNickname("zhangsan" + new Random().nextInt());
user.setPassword("123456");
user.setAge(18);
user.setSex(2);
user.setBirthday("1997-12-03");
userMapper.addUser(user);
}
}
参考文档：
https://shardingsphere.apache.org/document/current/cn/overview/
https://www.bilibili.com/video/BV1ei4y1K7dn
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_40378034/article/details/115264837
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