1.引入

微服務(wù)架構(gòu)想必大家都是有所耳聞。

簡單來說，微服務(wù)架構(gòu)就是把傳統(tǒng)的一個(gè)單體應(yīng)用以一套"小服務(wù)"的方式進(jìn)行開發(fā)，這些"小服務(wù)"可以運(yùn)行在不同機(jī)器上，它們在自己的進(jìn)程中運(yùn)行，"小服務(wù)"之間可以通過像是 HTTP API 這樣的輕量級的機(jī)制進(jìn)行通信,這些"小服務(wù)"緊緊圍繞項(xiàng)目的業(yè)務(wù)需求開發(fā)，同時(shí)，它們是以業(yè)務(wù)邊界進(jìn)行劃分成獨(dú)立的微服務(wù)。這些微服務(wù)看似獨(dú)立又像是一個(gè)整體，構(gòu)成了一個(gè)業(yè)務(wù)集群。

2.為何分庫

微服務(wù)架構(gòu)從業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)的角度上看系統(tǒng)的性能得到了優(yōu)化，可是對數(shù)據(jù)庫的負(fù)擔(dān)就加重了。假設(shè)一個(gè)分布式電子商務(wù)系統(tǒng)，那么這個(gè)系統(tǒng)會包含會員信息、訂單信息、商品信息、商品庫存信息等等內(nèi)容，數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，要訪問數(shù)據(jù)，就要與數(shù)據(jù)庫建立連接，而數(shù)據(jù)庫的連接是有限的，況且在這樣的業(yè)務(wù)環(huán)境下，會出現(xiàn)較多的高并發(fā)場景，如果都同時(shí)向這個(gè)商城數(shù)據(jù)庫訪問數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫顯然是受不起這樣的折騰。如圖：

上文提到，微服務(wù)是以業(yè)務(wù)邊界進(jìn)行劃分的，那么這些服務(wù)就可以使用不同的編程語言書寫，以及不同數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，前提是保持最低限度的集中式管理。也就是說，各個(gè)微服務(wù)處理的數(shù)據(jù)可以達(dá)到自治。

因此，為了處理高并發(fā)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫就可以采取分庫的方式進(jìn)行，使得各個(gè)微服務(wù)擁有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫，就好比訂單微服務(wù)自治訂單信息、支付流水信息、退款信息等等，當(dāng)訂單微服務(wù)需要會員微服務(wù)的會員數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過服務(wù)的通訊機(jī)制，比如feign，以此達(dá)到分擔(dān)傳統(tǒng)模式壓力的效果，如圖：

同時(shí)，對于每一個(gè)劃分好的庫也可以再進(jìn)行分庫部署，劃分出的庫擁有相同的表，不同的只有存放的數(shù)據(jù)集。它可以有效的緩解單機(jī)單庫的性能瓶頸和壓力隨著需求的細(xì)化，項(xiàng)目的業(yè)務(wù)量是龐大的，這也導(dǎo)致項(xiàng)目的數(shù)據(jù)量是龐大的，數(shù)據(jù)庫分庫部署可以有效減輕磁盤負(fù)擔(dān)。如圖：

3.為何分表

微服務(wù)開發(fā)中，我們經(jīng)常會遇到大表的情況，所謂大表是指存儲了百萬級乃至千萬級條記錄的表，這樣的表數(shù)據(jù)過于龐大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫在查詢和插入的時(shí)候耗時(shí)太長，就算使用索引，在大量的數(shù)據(jù)面前，查詢的效率也會有所降低，更何況是使用不到索引的情況，下邊列舉一些使用不到索引的情況：

# 使用LIKE通配符置于字符串前面
mysql> SELECT * FROM test WHERE name LIKE '%小王';
# 函數(shù)運(yùn)算
mysql> SELECT * FROM test WHERE UPPER(name) = 'ZS';

分表是對表進(jìn)行分區(qū)，最主要的目的就是減輕數(shù)據(jù)庫的負(fù)擔(dān)，提高數(shù)據(jù)庫的效率。表分區(qū)是根據(jù)一定的規(guī)則，把數(shù)據(jù)庫的一張表分解為多個(gè)更小的表，使用分區(qū)的表從邏輯上看還是一個(gè)表，但物理存儲分為了多份，表分區(qū)后的每個(gè)部分，都可以獨(dú)立的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分區(qū)具有以下好處：

• 存儲空間更大了
• 查詢速度更快，只需要掃描需要的分區(qū)表，再將結(jié)果進(jìn)行合并。不會因?yàn)槿頀呙?，而浪費(fèi)不必要的資源
• 對于刪除數(shù)據(jù)來說，處理更方便了，只需要刪除對應(yīng)分區(qū)的數(shù)據(jù)即可
• 跨越磁盤存儲，充分利用磁盤讀取，提高吞吐量

分區(qū)是將數(shù)據(jù)分段劃分在多個(gè)位置存放，可以是同一塊磁盤也可以在不同的機(jī)器。表分區(qū)有很多的策略，根據(jù)不同的策略可以適應(yīng)多種業(yè)務(wù)場景，例如可以通過表內(nèi)屬性值的范圍進(jìn)行分表，如下圖，將商城支付流水表以流水時(shí)間進(jìn)行劃分：

表在分區(qū)后，表面上還是一張表，但數(shù)據(jù)散列到多個(gè)位置了。應(yīng)用程序讀寫的時(shí)候操作的還是大表的表名，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自動去組織分區(qū)的數(shù)據(jù)。 使用分區(qū)需要注意：

MySQL 8.0版本前支持創(chuàng)建表分區(qū)的存儲引擎有InnoDB、Memory、MyISAM、MERGE，MySQL 8.0之后就只支持InnoDB存儲引擎了

分區(qū)表必須一致，即同一張表分區(qū)后，各個(gè)分區(qū)表必須使用一致的存儲引擎

3.1.表分區(qū)

表分區(qū)可在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表的時(shí)候進(jìn)行指定，格式如下：

CREATE TABLE TABLE_NAME(
………
)
PARTITION BY RANGE|LIST|HASH(TABLE_COLUMN)(
PARTITION P0……
)

上文提到表分區(qū)有不同策略，也可以稱為不同類型：

• RANGE分區(qū)
• LIST分區(qū)
• COLUMNS分區(qū)
• HASH分區(qū)
• KEY分區(qū)
• 子分區(qū)

3.1.1.RANGE分區(qū)

RANGE分區(qū)是基于一個(gè)給定連續(xù)區(qū)間范圍，區(qū)間之間的不能互相重疊，數(shù)據(jù)會根據(jù)范圍，分配到不同的分區(qū),RANGE的分區(qū)鍵必須是單列的int類型，每個(gè)分區(qū)范圍必須按順序（后一個(gè)分區(qū)范圍值比前一個(gè)值大）。 假設(shè)指定一表為RANGE分區(qū)，分4個(gè)區(qū)，最后一個(gè)區(qū)為了防止數(shù)據(jù)定義問題，將其設(shè)置為數(shù)值最大值“MAXVALUE”：

mysql> CREATE TABLE testrange(
    -> id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    -> name VARCHAR(10))
    -> PARTITION BY RANGE(id)(
    -> PARTITION p0 VALUES LESS THAN(50),
    -> PARTITION p1 VALUES LESS THAN(100),
    -> PARTITION p2 VALUES LESS THAN(150),
    -> PARTITION p3 VALUES LESS THAN(MAXVALUE));

3.1.2.LIST分區(qū)

LIST分區(qū)的分區(qū)鍵的類型也只能是int類型，LIST分區(qū)是基于枚舉值列表進(jìn)行分區(qū)，枚舉的范圍同樣不能有重復(fù)的值，如果插入數(shù)據(jù)不在枚舉范圍之內(nèi)，則會報(bào)錯(cuò)。

# 指定為LIST分區(qū)，分2個(gè)區(qū)
mysql> CREATE TABLE testlist(
    -> id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    -> name VARCHAR(10))
    -> PARTITION BY LIST(id)(
    -> PARTITION p0 VALUES IN (1,2,3),
    -> PARTITION p1 VALUES IN (4,6,9));
    
mysql> INSERT INTO testlist VALUES(null,'張三');
mysql> INSERT INTO testlist VALUES(2,'李四');

# 插入列限制數(shù)值不存在的數(shù)，則會提示這張表沒有改值的分區(qū)
mysql> INSERT INTO testlist VALUES(5,'李三');
ERROR 1526 (HY000): Table has no partition for value 5

3.1.3.COLUMNS分區(qū)

COLUMNS分區(qū)區(qū)別于RANGE分區(qū)和LIST分區(qū)的最大特點(diǎn)是支持多列的分區(qū)，COLUMNS分區(qū)有兩種形式，RANGE COLUMNS和LIST COLUMNS分區(qū)。兩種分區(qū)形式都支持整數(shù)類型，日期類型，字符類型，區(qū)別在于，如果COLUMNS分區(qū)的分區(qū)鍵有多個(gè)，當(dāng)數(shù)據(jù)庫要進(jìn)行數(shù)據(jù)插入時(shí)，會先考慮第一個(gè)鍵是否滿足，如果滿足條件就會進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入，如果不滿足條件就要對第二個(gè)鍵的條件進(jìn)行判斷，以此類推。

mysql> CREATE TABLE testrancol(
    -> sid INT,cid INT,PRIMARY KEY(sid,cid))
    -> PARTITION BY RANGE COLUMNS(sid,cid)(
    -> PARTITION p0 VALUES LESS THAN(1,10),
    -> PARTITION p1 VALUES LESS THAN(10,20));

3.1.4.HASH分區(qū)

HASH分區(qū)主要用于將一整個(gè)數(shù)據(jù)，分散為若干個(gè)相等數(shù)量的分區(qū)，HASH分區(qū)有兩種類型：

(1)常規(guī)HASH分區(qū)，使用的是取模運(yùn)算。假設(shè)分區(qū)數(shù)為4，則有0，1，2，3四個(gè)值，對應(yīng)分區(qū)為四個(gè)。因?yàn)槭褂玫娜∧＿\(yùn)算，所以分區(qū)鍵必須是整數(shù)類型的列或返回整數(shù)類型的表達(dá)式：

mysql> CREATE TABLE testhash1(
    -> id INT PRIMARY KEY,num VARCHAR(10))
    -> PARTITION BY HASH(id) PARTITIONS 4;
# 如果此時(shí)插入數(shù)據(jù)id為83，則模4取余得3，將數(shù)據(jù)放在第三個(gè)分區(qū)中

(2)線性HASH分區(qū),其語法書寫不同于常規(guī)HASH分區(qū)，需要加上LINEAR關(guān)鍵字。在數(shù)據(jù)分配的時(shí)候，使用的是2的冪運(yùn)算進(jìn)行分配數(shù)據(jù)的配分有兩步運(yùn)算：

mysql> CREATE TABLE testhash2(
    -> id INT PRIMARY KEY,num VARCHAR(10))
    -> PARTITION BY LINEAR HASH(id) PARTITIONS 4;
# 1、第一步，算出V的值
# 計(jì)算方式為：V=POWER(2,CEILING(LOG(2,分區(qū)數(shù))))
# 假設(shè)分區(qū)數(shù)為4，log()的值為2
# Ceiling()取最小整數(shù)，依舊是2
# power返回2的2次方，最后V=4

# 2、第二步，對分區(qū)鍵和V-1進(jìn)行位與運(yùn)算
# 假設(shè)分區(qū)鍵值為8和10：
# 那么插入8與10和4-1的3進(jìn)行按位與運(yùn)算得出插入分區(qū)分別是0與2分區(qū)

3.1.5.KEY分區(qū)

KEY分區(qū)有與HASH分區(qū)類似，不同的地方有以下幾點(diǎn)：

• KEY分區(qū)不允許使用自定義表達(dá)式作為分區(qū)鍵
• KEY分區(qū)如果不指定分區(qū)鍵，則會默認(rèn)使用表中主鍵。如果沒有主鍵，則使用非空唯一鍵。如果都沒有，那就必須手動指定分區(qū)鍵
• 可以使用非數(shù)值類型的列作為分區(qū)鍵 KEY分區(qū)也分為常規(guī)KEY分區(qū)和線性KEY分區(qū),其運(yùn)算規(guī)則與HASH分區(qū)一致，不多做贅述。

mysql> CREATE TABLE testhash1(
    -> id INT PRIMARY KEY,num VARCHAR(10))
    -> PARTITION BY [LINEAR] KEY(id) PARTITIONS 4;

3.1.6.子分區(qū)

子分區(qū)是對分區(qū)表的每個(gè)區(qū)分，進(jìn)行二次的分區(qū)，使用RANGE和LIST對表進(jìn)行分區(qū)，則可以使用HASH或KEY進(jìn)行子分區(qū)，假設(shè)表有2個(gè)分區(qū)，這2個(gè)分區(qū)又被進(jìn)一步的分為2個(gè)子分區(qū)，總共有4個(gè)分區(qū)，寫法有兩種：

• 隱式創(chuàng)建子分區(qū)，子分區(qū)的名字是自動創(chuàng)建且重名，但不會沖突，輸入小于1900的年份，會按HASH分區(qū)的規(guī)則(模2運(yùn)算)，分別存放在兩個(gè)P0中：

mysql> CREATE TABLE testfh(
    -> id INT,pur DATE)
    -> PARTITION BY RANGE(YEAR(pur))
    -> SUBPARTITION BY HASH(TO_DAYS(pur))
    -> SUBPARTITIONS 2 (
    -> PARTITION p0 VALUES LESS THAN(1900),
    -> PARTITION p1 VALUES LESS THAN MAXVALUE);

• 顯示創(chuàng)建子分區(qū)，要求每個(gè)分區(qū)的子分區(qū)數(shù)量必須一致，且分區(qū)的創(chuàng)建必須一致，即全部子分區(qū)都使用隱式創(chuàng)建或顯式創(chuàng)建，不可混用，同時(shí)子分區(qū)的名字必須唯一

mysql> CREATE TABLE testfh(
    -> id INT,pur DATE)
    -> PARTITION BY RANGE(YEAR(pur))
    -> SUBPARTITION BY HASH(TO_DAYS(pur))(
    -> PARTITION p0 VALUES LESS THAN(1900)(
    -> SUBPARTITION s0, SUBPARTITION s1),
    -> PARTITION p1 VALUES LESS THAN MAXVALUE(
    -> SUBPARTITION s2, SUBPARTITION s3));

3.2.表分區(qū)注意點(diǎn)

3.2.1.RANGE表分區(qū)注意點(diǎn)

使用RANGE策略進(jìn)行表分區(qū)的好處在于分區(qū)后數(shù)據(jù)的擴(kuò)容性好，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移，如果插入的數(shù)據(jù)超過原先建立分區(qū)的范圍可以根據(jù)實(shí)際情況考慮在原有基礎(chǔ)上增加表分區(qū)或者水平部署一張相同的表進(jìn)行存放數(shù)據(jù)，增加表分區(qū)可參考以下格式：

# RANGE分區(qū)中添加分區(qū)，是在尾部進(jìn)行添加，所以如果RANGE已經(jīng)有包含最大值的分區(qū)，那么新添加的分區(qū)就會報(bào)錯(cuò)
ALTER TABLE 表名 ADD PARTITION (PARTITION 分區(qū)名 VALES LESS THAN (范圍));

需要注意的是表在RANGE分區(qū)的時(shí)候指定的分區(qū)鍵需要考慮實(shí)際情況，如果使用不當(dāng)會造成個(gè)別分區(qū)數(shù)據(jù)過多的情況。

假設(shè)一個(gè)電子商務(wù)系統(tǒng)需要存放訂單的相關(guān)信息，用戶進(jìn)行商品購買則產(chǎn)生訂單，訂單往往包含多個(gè)不同商品，可以設(shè)置訂單項(xiàng)表用于存放訂單的每個(gè)商品id、商品名、價(jià)格、數(shù)量等數(shù)據(jù)，如果以商品id作為分區(qū)鍵則會產(chǎn)生"數(shù)據(jù)熱點(diǎn)"問題，有些商品銷量好，那么分區(qū)的數(shù)據(jù)就多，一些商品銷量不好那么數(shù)據(jù)就會很少。

3.2.2.HASH表分區(qū)注意點(diǎn)

使用HASH策略的好處就在于解決數(shù)據(jù)熱點(diǎn)問題，但是，HASH表分區(qū)的分區(qū)數(shù)量是固定的，如果數(shù)據(jù)過多達(dá)到了瓶頸，就要將分區(qū)數(shù)量進(jìn)行修改了，因此原先已經(jīng)存放的數(shù)據(jù)又要進(jìn)行取模運(yùn)算重新存放，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移，語法如下：

# 增加2個(gè)分區(qū)
ALTER TABLE 表名 PARTITION 2;
# 減少2個(gè)分區(qū)
ALTER TABLE 表名 COALESCE PARTITION 2;

3.2.3.MySQL表分區(qū)遇到NULL值

當(dāng)MySQL表分區(qū)遇到NULL值，MySQL不會禁止分區(qū)鍵有NULL值，但不同的分區(qū)類型會將NULL值當(dāng)成不同的數(shù)據(jù)對待，如：

在RANGE分區(qū)中，NULL值被當(dāng)成最小的數(shù)。

在LIST分區(qū)中，NULL被當(dāng)成字符串，如果NULL不在LIST的枚舉范圍中，還有出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)

在HASH和KEY中，NULL值被當(dāng)成0 所以，在使用分區(qū)時(shí)，要注意處理NULL值輸入，以免出現(xiàn)MySQL的誤判，將分區(qū)鍵設(shè)為NOT NULL或默認(rèn)值都可以好的對應(yīng)這種情況。

4.總結(jié)

本文介紹了為什么微服務(wù)架構(gòu)大多采用分庫分表的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，當(dāng)然，分布式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行分庫分表還需要注意一些問題，比如，在我們創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表的時(shí)候是否可以先考慮表內(nèi)數(shù)據(jù)的特性，事先將一些不經(jīng)常需要更改的內(nèi)容抽離出來，形成一張新的表，從某種程度上說，這種方式也是一種"分表"的操作。

同時(shí)，在進(jìn)行分庫在涉及事務(wù)安全性的時(shí)候也需要注意，比如商城中用戶提交了訂單，那么系統(tǒng)就需要對所購買商品的庫存進(jìn)行鎖定，如果出現(xiàn)用戶未支付訂單超時(shí)等問題，就需要將已經(jīng)鎖定的庫存進(jìn)行數(shù)據(jù)回滾了，可是訂單和庫存在不同的數(shù)據(jù)，要如何保證事務(wù)的原子性呢？如果都在本地部署，可以使用AOP對事務(wù)進(jìn)行代理，在不同機(jī)器部署的情況下也可以通過設(shè)置undo_log表并通過阿里的Seata進(jìn)行代理。但是在高并發(fā)情況下，這些方式容易造成"雪崩"，這個(gè)時(shí)候還可以考慮消息隊(duì)列，通過延遲隊(duì)列來完成庫存的解鎖。