ShardingJDBC分库分表配置入门详解

本文介绍了ShardingJDBC分库分表配置入门的相关内容，涵盖了ShardingJDBC的基本概念、环境搭建、依赖配置以及详细的分片规则配置。通过示例演示了如何创建数据库和表结构，并编写ShardingJDBC配置文件来实现分库分表功能。此外，还讨论了一些常见问题及解决方法，帮助读者更好地理解和应用ShardingJDBC分库分表配置。

ShardingJDBC是什么

ShardingJDBC 是一个开源的分布式数据库中间件，它基于JDBC接口，为应用提供透明的分布式数据库支持。ShardingJDBC支持分库分表（也称为分片）的数据存储模式，通过将数据分散存储在不同的数据库和表中，来提高数据库的性能和可扩展性。ShardingJDBC支持多种数据源，包括MySQL、Oracle、SQL Server、PostgreSQL和DB2等。

ShardingJDBC的作用和优势

ShardingJDBC的主要作用是提供一个统一的访问接口，让应用程序在不修改任何代码的情况下，透明地访问分库分表后的数据库。同时，它还可以处理复杂的分片逻辑，支持分片策略的动态变更，并提供多种内置的分片策略。

ShardingJDBC的优势包括：

1. 透明化：应用程序无需关心数据是如何分片的，只需像访问单一数据库一样访问分片后的数据库。
2. 可扩展性：可以方便地添加新的数据库和表，以应对不断增长的数据量。
3. 动态变更：可以在不停机的情况下动态变更分片策略。
4. 内置策略：提供了多种内置的分片策略，如范围分片、哈希分片等。
5. 性能：可以提高查询和写入的速度，通过并行查询和写入来提高性能。

准备工具和环境

为了使用ShardingJDBC，你需要准备好以下环境：

• Java开发环境：确保你的机器上安装了JDK。
• 数据库：本示例中使用MySQL作为数据库。你可以从MySQL官方网站下载并安装MySQL。
• Maven：ShardingJDBC使用Maven作为构建工具。确保你的机器上安装了Maven。
• IntelliJ IDEA或其他Java开发工具：用于编写和调试Java代码。

添加ShardingJDBC依赖

在Maven项目中，你需要在pom.xml文件中添加ShardingJDBC的依赖。以下是pom.xml文件的部分内容，其中包含了ShardingJDBC的依赖：

<dependencies>
    <!--添加ShardingJDBC依赖-->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
        <artifactId>sharding-jdbc-spring-boot-starter</artifactId>
        <version>4.1.1</version>
    </dependency>
    <!--数据库驱动依赖，这里以MySQL为例-->
    <dependency>
        <groupId>mysql</groupId>
        <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
        <version>8.0.22</version>
    </dependency>

    <!--其他可能需要的依赖，例如spring-boot-starter-web，spring-boot-starter-jdbc等-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>

数据库分片的基本概念

数据库分片（Sharding）是一种将数据分散存储的技术。通过将数据分散到不同的数据库（分库）和表（分表）中，可以提高系统的可扩展性和性能。分片的基本概念包括：

• 主键：每个分片表都有一个主键，用于唯一标识表中的每一行数据。
• 分片键：分片键是用于决定数据分片的字段，常见的分片键包括用户ID、时间戳等。
• 分片策略：分片策略是定义如何将数据分散到不同的分片中的规则。常见的策略包括范围分片、哈希分片等。

分库分表的常见规则

分库分表的常见规则包括：

• 范围分片：根据分片键的范围将数据分片。例如，根据用户ID的范围将用户数据分散到不同的表中。
• 哈希分片：根据哈希函数的结果将数据分片。通常使用哈希函数计算分片键的哈希值，然后根据哈希值将数据分散到不同的分片中。
• 模式分片：根据分片键的模式将数据分片。例如，根据用户ID的后缀将数据分散到不同的表中。
• 时间分片：根据时间戳将数据分片。例如，根据用户最后登录时间将数据分散到不同的表中。

配置文件的基本结构

ShardingJDBC的配置文件通常是一个YAML文件，该文件定义了数据库分片的配置规则。配置文件的基本结构如下：

# 数据源配置
spring:
  application:
    name: ShardingJDBCDemo
  # 数据库连接池配置
  datasource:
    # 数据源配置
    ds0:
      url: jdbc:mysql://localhost:3306/db0
      username: root
      password: root
    ds1:
      url: jdbc:mysql://localhost:3306/db1
      username: root
      password: root

# 分片规则配置
shardingsphere:
  # 数据库分片配置
  sharding:
    # 分片策略配置
    tables:
      t_order:
        # 表的分片规则
        actualDataNodes: ds${0..1}.t_order${0..1}
        # 分片键生成器
        keyGenerator:
          type: SNOWFLAKE
          props:
            workerIdBits: 16
        keyGenerateStrategy:
          columns: order_id
          shardingsphere: SNOWFLAKE
        # 分片键策略
        databaseStrategy:
          standard:
            shardingColumn: user_id
            shardingAlgorithmName: db_sharding_inline
        tableStrategy:
          standard:
            shardingColumn: order_id
            shardingAlgorithmName: table_sharding_inline
        # 自定义分片算法
        shardingAlgorithms:
          db_sharding_inline:
            type: INLINE
            props:
              algorithm-expression: ds${user_id % 2}
          table_sharding_inline:
            type: INLINE
            props:
              algorithm-expression: t_order${order_id % 2}

配置文件中的重点参数说明

• 实际数据节点：actualDataNodes定义了实际的数据节点，例如ds${0..1}.t_order${0..1}表示有两个数据库ds0和ds1，每个数据库中有一个t_order0和t_order1表。
• 分片键生成器：keyGenerator定义了主键生成器，keyGenerateStrategy定义了主键生成策略。
• 分片键策略：databaseStrategy和tableStrategy定义了数据库和表的分片策略，shardingColumn表示分片键，shardingAlgorithmName表示分片算法的名称。
• 自定义分片算法：shardingAlgorithms定义了自定义的分片算法，type表示算法类型，algorithm-expression表示算法的具体实现。

创建数据库和表结构

首先，你需要在MySQL数据库中创建两个数据库和表。以下是创建数据库和表的SQL语句：

-- 创建数据库db0和db1
CREATE DATABASE db0;
CREATE DATABASE db1;

-- 在db0和db1数据库中分别创建t_order表
USE db0;
CREATE TABLE t_order0 (
    order_id BIGINT PRIMARY KEY,
    user_id INT,
    order_time DATETIME
);

USE db1;
CREATE TABLE t_order1 (
    order_id BIGINT PRIMARY KEY,
    user_id INT,
    order_time DATETIME
);

编写ShardingJDBC配置文件

接下来，你需要编写ShardingJDBC的配置文件。在application.yml文件中，配置数据源和分片规则：

# 数据源配置
spring:
  application:
    name: ShardingJDBCDemo
  datasource:
    ds0:
      url: jdbc:mysql://localhost:3306/db0
      username: root
      password: root
    ds1:
      url: jdbc:mysql://localhost:3306/db1
      username: root
      password: root

# 分片规则配置
shardingsphere:
  sharding:
    tables:
      t_order:
        actualDataNodes: ds${0..1}.t_order${0..1}
        keyGenerator:
          type: SNOWFLAKE
          props:
            workerIdBits: 16
        keyGenerateStrategy:
          columns: order_id
          shardingsphere: SNOWFLAKE
        databaseStrategy:
          standard:
            shardingColumn: user_id
            shardingAlgorithmName: db_sharding_inline
        tableStrategy:
          standard:
            shardingColumn: order_id
            shardingAlgorithmName: table_sharding_inline
        shardingAlgorithms:
          db_sharding_inline:
            type: INLINE
            props:
              algorithm-expression: ds${user_id % 2}
          table_sharding_inline:
            type: INLINE
            props:
              algorithm-expression: t_order${order_id % 2}

测试分库分表功能

编写测试代码来测试分库分表功能。以下是测试代码示例：

import org.apache.shardingsphere.api.sharding.standard.PreciseShardingAlgorithm;
import org.apache.shardingsphere.api.sharding.standard.PreciseShardingValue;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate;

import javax.sql.DataSource;
import java.util.Collection;

@SpringBootApplication
public class ShardingJDBCDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ShardingJDBCDemoApplication.class, args);
    }

    @Bean
    public JdbcTemplate jdbcTemplate(DataSource dataSource) {
        return new JdbcTemplate(dataSource);
    }

    @Bean
    public PreciseShardingAlgorithm dbShardingInline() {
        return new DbShardingInline();
    }

    @Bean
    public PreciseShardingAlgorithm tableShardingInline() {
        return new TableShardingInline();
    }

    public static class DbShardingInline implements PreciseShardingAlgorithm<Integer> {
        @Override
        public String doSharding(Collection<String> availableTargetNames, PreciseShardingValue<Integer> shardingValue) {
            for (String each : availableTargetNames) {
                if (each.endsWith(shardingValue.getValue() % 2 + "")) {
                    return each;
                }
            }
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    }

    public static class TableShardingInline implements PreciseShardingAlgorithm<Integer> {
        @Override
        public String doSharding(Collection<String> availableTargetNames, PreciseShardingValue<Integer> shardingValue) {
            for (String each : availableTargetNames) {
                if (each.endsWith(shardingValue.getValue() % 2 + "")) {
                    return each;
                }
            }
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    }
}

测试代码细节

测试代码中定义了两个分片算法DbShardingInline和TableShardingInline，分别用于数据库和表的分片。

public static class DbShardingInline implements PreciseShardingAlgorithm<Integer> {
    @Override
    public String doSharding(Collection<String> availableTargetNames, PreciseShardingValue<Integer> shardingValue) {
        for (String each : availableTargetNames) {
            if (each.endsWith(shardingValue.getValue() % 2 + "")) {
                return each;
            }
        }
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

public static class TableShardingInline implements PreciseShardingAlgorithm<Integer> {
    @Override
    public String doSharding(Collection<String> availableTargetNames, PreciseShardingValue<Integer> shardingValue) {
        for (String each : availableTargetNames) {
            if (each.endsWith(shardingValue.getValue() % 2 + "")) {
                return each;
            }
        }
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

在上述代码中，doSharding方法根据分片键user_id和order_id的值来决定将数据分片到哪个数据库和表中。

测试代码输出结果

测试代码执行后，可以通过以下语句来验证分片策略是否正确：

SELECT * FROM t_order WHERE order_id = 1;

该语句会根据分片逻辑将数据查询到相应的数据库和表中，并返回结果。

常见配置错误及解决方法

错误：无法找到数据库连接

如果在运行时遇到数据库连接错误，可能是因为数据库连接字符串配置不正确。检查application.yml文件中的数据库连接配置项，确保url、username和password都正确。

错误：分片策略配置错误

如果分片策略配置不正确，可能会导致数据无法正确分片。检查shardingAlgorithms和keyGenerator配置项，确保它们符合实际需求。

运行时可能出现的问题及解决方案

问题：数据一致性问题

在分库分表的情况下，如果事务跨越多个数据库和表，可能会出现数据一致性问题。可以通过使用分布式事务或者数据一致性工具（如Seata）来解决。

问题：数据迁移和扩容

在进行数据迁移或扩容时，需要确保新的数据库和表已经正确配置，并且分片策略可以正确地将数据分散到新的数据库和表中。可以通过逐步迁移数据来减少停机时间。

问题：性能瓶颈

如果发现性能有瓶颈，可以考虑增加更多的数据库和表来分散负载，或者优化分片策略以提高查询效率。

解决方案：监控和优化

通过监控工具监控系统性能和数据分布情况，找出性能瓶颈和数据分布不均衡的问题，并进行相应的优化。可以使用ShardingSphere提供的监控插件来监控ShardingJDBC的运行情况。

通过以上步骤，你可以顺利地使用ShardingJDBC进行分库分表的配置和测试。希望本文对你有所帮助，如果你有任何问题或需要进一步的帮助，请随时联系。