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通過(guò)主從復(fù)制的技術(shù)把數(shù)據(jù)復(fù)制多份，讀操作只讀取從數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，這樣就增強(qiáng)了抵抗大量并發(fā)讀請(qǐng)求的能力，提升了數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢性能。這時(shí)，你的系統(tǒng)架構(gòu)如下：

• 系統(tǒng)架構(gòu)圖
• 案例背景

如何確定分庫(kù)還是分表?

何時(shí)分表

何時(shí)分庫(kù)

垂直拆分

Range(范圍分片)

• 如何解決數(shù)據(jù)查詢問(wèn)題?
• 總結(jié)

案例背景

假設(shè)在這樣的背景下，面試官出了一道考題：

公司現(xiàn)有業(yè)務(wù)不斷發(fā)展，流量劇增，交易數(shù)量突破了千萬(wàn)訂單，但是訂單數(shù)據(jù)還是單表存儲(chǔ)，主從分離后，雖然減少了緩解讀請(qǐng)求的壓力，但隨著寫入壓力增加，數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢和寫入性能都在下降，這時(shí)你要怎么設(shè)計(jì)架構(gòu)?

這個(gè)問(wèn)題可以歸納為：數(shù)據(jù)庫(kù)寫入請(qǐng)求量過(guò)大，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)性能與可用性問(wèn)題。

要想解決該問(wèn)題，你可以對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)做分片，常見的方式就是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)做“分庫(kù)分表”，在實(shí)現(xiàn)上有三種策略：垂直拆分、水平拆分、垂直水平拆分。

這么回答真的可以嗎?

雖然分庫(kù)分表技術(shù)方案很常見，但是在面試中回答好并不簡(jiǎn)單。因?yàn)槊嬖嚬俨粫?huì)單純浮于表面問(wèn)你“分庫(kù)分表的思路”，而是會(huì)站在業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)寫多讀少時(shí)，考察你做分庫(kù)分表的整體設(shè)計(jì)方案和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的落地思路。一般會(huì)涉及這樣幾個(gè)問(wèn)題：

什么場(chǎng)景該分庫(kù)?什么場(chǎng)景該分表?

復(fù)雜的業(yè)務(wù)如何選擇分片策略?

如何解決分片后的數(shù)據(jù)查詢問(wèn)題?

如何確定分庫(kù)還是分表?

針對(duì)“如何確定分庫(kù)還是分表?”的問(wèn)題，你要結(jié)合具體的場(chǎng)景。

何時(shí)分表

當(dāng)數(shù)據(jù)量過(guò)大造成事務(wù)執(zhí)行緩慢時(shí)，就要考慮分表，因?yàn)闇p少每次查詢數(shù)據(jù)總量是解決數(shù)據(jù)查詢緩慢的主要原因。你可能會(huì)問(wèn)：“查詢可以通過(guò)主從分離或緩存來(lái)解決，為什么還要分表?”但這里的查詢是指事務(wù)中的查詢和更新操作。

何時(shí)分庫(kù)

為了應(yīng)對(duì)高并發(fā)，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例撐不住，即單庫(kù)的性能無(wú)法滿足高并發(fā)的要求，就把并發(fā)請(qǐng)求分散到多個(gè)實(shí)例中去(這種應(yīng)對(duì)高并發(fā)的思路我之前也說(shuō)過(guò))。

總的來(lái)說(shuō)，分庫(kù)分表使用的場(chǎng)景不一樣：分表是因?yàn)閿?shù)據(jù)量比較大，導(dǎo)致事務(wù)執(zhí)行緩慢;分庫(kù)是因?yàn)閱螏?kù)的性能無(wú)法滿足要求。

如何選擇分片策略?在明確分庫(kù)分表的場(chǎng)景后，面試官一般會(huì)追問(wèn)“怎么進(jìn)行分片?”換句話說(shuō)就是按照什么分片策略對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分片?

垂直拆分

垂直拆分是根據(jù)數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)相關(guān)性進(jìn)行拆分。比如一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)里面既存在商品數(shù)據(jù)，又存在訂單數(shù)據(jù)，那么垂直拆分可以把商品數(shù)據(jù)放到商品庫(kù)，把訂單數(shù)據(jù)放到訂單庫(kù)。一般情況，垂直拆庫(kù)常伴隨著系統(tǒng)架構(gòu)上的調(diào)整。

垂直拆分

比如在對(duì)做系統(tǒng)“微服務(wù)”改造時(shí)，將原本一個(gè)單體系統(tǒng)拆分成多個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)提供單獨(dú)的服務(wù)，那么隨著應(yīng)用層面的拆分帶來(lái)的也有數(shù)據(jù)層面的拆分，將一個(gè)主庫(kù)的數(shù)據(jù)表，拆分到多個(gè)獨(dú)立的子庫(kù)中去。

對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行垂直拆分最常規(guī)，優(yōu)缺點(diǎn)也很明顯。

垂直拆分可以把不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離，讓系統(tǒng)和數(shù)據(jù)更為“純粹”，更有助于架構(gòu)上的擴(kuò)展。但它依然不能解決某一個(gè)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)大量膨脹的問(wèn)題，一旦系統(tǒng)中的某一個(gè)業(yè)務(wù)庫(kù)的數(shù)據(jù)量劇增，比如商品系統(tǒng)接入了一個(gè)大客戶的供應(yīng)鏈，對(duì)于商品數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求量暴增，在這個(gè)時(shí)候，就要把數(shù)據(jù)拆分到多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)表中，也就是對(duì)數(shù)據(jù)做水平拆分。

水平拆分

垂直拆分隨架構(gòu)改造而拆分，關(guān)注點(diǎn)在于業(yè)務(wù)領(lǐng)域，而水平拆分指的是把單一庫(kù)表數(shù)據(jù)按照規(guī)則拆分到多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和多個(gè)數(shù)據(jù)表中，比如把單表 1 億的數(shù)據(jù)按 Hash 取模拆分到 10 個(gè)相同結(jié)構(gòu)的表中，每個(gè)表 1 千萬(wàn)的數(shù)據(jù)。并且拆分出來(lái)的表，可以分別存放到不同的物理數(shù)據(jù)庫(kù)中，關(guān)注點(diǎn)在于數(shù)據(jù)擴(kuò)展。

Range(范圍分片)

是按照某一個(gè)字段的區(qū)間來(lái)拆分，最好理解的就是按照時(shí)間字段分片，比如可以把一個(gè)月的數(shù)據(jù)放入一張表中，這樣在查詢時(shí)就可以根據(jù)時(shí)間先定位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在哪個(gè)表里面，再按照查詢條件來(lái)查詢。

但是按時(shí)間字段進(jìn)行范圍分片的場(chǎng)景并不多，因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)分布不均，畢竟不是每個(gè)月的銷量都是平均的。所以常見的 Range 分片是按照字段類型，比如按照商品的所屬品類進(jìn)行分片。這樣與 Hash 分片不同的是，Range 分片就可以加入對(duì)于業(yè)務(wù)的預(yù)估。

Range 分片

但是同樣的，由于不同“商品品類”的業(yè)務(wù)熱點(diǎn)不同，對(duì)于商品數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也會(huì)存在熱點(diǎn)數(shù)據(jù)問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候處理的手段有兩個(gè)。

1、垂直擴(kuò)展

由于 Range 分片是按照業(yè)務(wù)特性進(jìn)行的分片策略，所以可以對(duì)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)做垂直擴(kuò)展，即提升單機(jī)處理能力。在業(yè)務(wù)發(fā)展突飛猛進(jìn)的初期，建議使用“增強(qiáng)單機(jī)硬件性能”的方式提升系統(tǒng)處理能力，因?yàn)榇穗A段，公司的戰(zhàn)略往往是發(fā)展業(yè)務(wù)搶時(shí)間，“增強(qiáng)單機(jī)硬件性能”是最快的方法。

2、分片元數(shù)據(jù)

單機(jī)性能總是有極限的，互聯(lián)網(wǎng)分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)高并發(fā)終極解決方案還是水平擴(kuò)展，所以結(jié)合業(yè)務(wù)的特性，就需要在 Range 的基礎(chǔ)上引入“分片元數(shù)據(jù)”的概念：分片的規(guī)則記錄在一張表里面，每次執(zhí)行查詢的時(shí)候，先去表里查一下要找的數(shù)據(jù)在哪個(gè)分片中。

這種方式的優(yōu)點(diǎn)是靈活性高，并且分片規(guī)則可以隨著業(yè)務(wù)發(fā)展隨意改動(dòng)。比如當(dāng)某個(gè)分片已經(jīng)是熱點(diǎn)了，那就可以把這個(gè)分片再拆成幾個(gè)分片，或者把這個(gè)分片的數(shù)據(jù)移到其他分片中去，然后修改一下分片元數(shù)據(jù)表，就可以在線完成數(shù)據(jù)的再分片了。

分片元數(shù)據(jù)

但你要注意，分片元數(shù)據(jù)本身需要做高可用。方案缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)起來(lái)復(fù)雜，需要二次查詢，需要保證分片元數(shù)據(jù)服務(wù)的高可用。不過(guò)分片元數(shù)據(jù)表可以通過(guò)緩存進(jìn)行提速。

垂直水平拆分，是綜合垂直和水平拆分方式的一種混合方式，垂直拆分把不同類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到不同庫(kù)中，再結(jié)合水平拆分，使單表數(shù)據(jù)量保持在合理范圍內(nèi)，提升性能。

垂直水平拆分

如何解決數(shù)據(jù)查詢問(wèn)題?

分庫(kù)分表引入的另外一個(gè)問(wèn)題就是數(shù)據(jù)查詢的問(wèn)題(比較常見)，比如面試官會(huì)問(wèn)類似的問(wèn)題：

在未分庫(kù)分表之前，我們查詢數(shù)據(jù)總數(shù)時(shí)，可以直接通過(guò) SQL 的 count() 命令，現(xiàn)在數(shù)據(jù)分片到多個(gè)庫(kù)表中，如何解決呢?

解題思路很多，你可以考慮其他的存儲(chǔ)方案，比如聚合查詢使用頻繁時(shí)，可以將聚合查詢的數(shù)據(jù)同步到 ES 中，或者將計(jì)數(shù)的數(shù)據(jù)單獨(dú)存儲(chǔ)在一張表里。如果是每日定時(shí)生成的統(tǒng)計(jì)類報(bào)表數(shù)據(jù)，也可以將數(shù)據(jù)同步到 HDFS 中，然后用一些大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)生成報(bào)表。

總結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，在面對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)容量瓶頸和寫請(qǐng)求并發(fā)量大時(shí)，你可以選擇垂直分片和水平分片：

垂直分片一般隨著業(yè)務(wù)架構(gòu)拆分來(lái)進(jìn)行;

水平分片通常按照 Hash(哈希分片)取模和 Range(范圍分片)進(jìn)行，并且，通常的形態(tài)是垂直拆分伴隨著水平拆分，即先按照業(yè)務(wù)垂直拆分后，再根據(jù)數(shù)據(jù)量的多少?zèng)Q定水平分片。

Hash 分片在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，可以保證數(shù)據(jù)非常均勻地分布到多個(gè)分片，但其過(guò)濾掉了業(yè)務(wù)屬性，不能根據(jù)業(yè)務(wù)特性進(jìn)行調(diào)整。而 Range 分片卻能預(yù)估業(yè)務(wù)，更高效地掃描數(shù)據(jù)記錄(Hash 分片由于數(shù)據(jù)被打散，掃描操作的 I/O 開銷更大)。

除了 Hash 分片和 Range 分片，更為靈活的方式是基于分片元數(shù)據(jù)。