为什么要分库分表

关系型数据库本身比较容易成为系统瓶颈，单机存储容量、连接数、处理能力都有限。切分的目的就在于减少数据库的负担，缩短查询时间。

数据库分布式核心内容无非就是数据切分（Sharding），以及切分后对数据的定位、整合。数据切分就是将数据分散存储到多个数据库中，使得单一数据库中的数据量变小，通过扩充主机的数量缓解单一数据库的性能问题，从而达到提升数据库操作性能的目的。数据切分根据其切分类型，可以分为两种方式：垂直（纵向）切分和水平（横向）切分。

数据库的瓶颈

1、IO瓶颈：

磁盘读IO瓶颈，热点数据太多，数据库缓存放不下，每次查询时会产生大量的IO，降低查询速度 -> 分库和垂直分表。第二种：网络IO瓶颈，请求的数据太多，网络带宽不够 -> 分库。
2、CPU瓶颈：

SQL问题，如SQL中包含join，group by，order by，非索引字段条件查询等，增加CPU运算的操作 -> SQL优化，建立合适的索引，在业务Service层进行业务计算。第二种：单表数据量太大，查询时扫描的行太多，SQL效率低，CPU率先出现瓶颈 -> 水平分表。

分库分表

水平分库

概念：以字段为依据，按照一定策略（hash、range等），将一个库中的数据拆分到多个库中。结果：

• 每个库的结构都一样；
• 每个库的数据都不一样，没有交集；
• 所有库的并集是全量数据

场景：系统绝对并发量上来了，分表难以根本上解决问题，并且还没有明显的业务归属来垂直分库。分析：库多了，io和cpu的压力自然可以成倍缓解。

水平切分后同一张表会出现在多个数据库/表中，每个库/表的内容不同。

水平分表

概念：以字段为依据，按照一定策略（hash、range等），将一个表中的数据拆分到多个表中。结果：

• 每个表的结构都一样；
• 每个表的数据都不一样，没有交集；
• 所有表的并集是全量数据。

场景：系统绝对并发量并没有上来，只是单表的数据量太多，影响了SQL效率，加重了CPU负担，以至于成为瓶颈。分析：表的数据量少了，单次SQL执行效率高，自然减轻了CPU的负担。

水平切分的优点：

• 不存在单库数据量过大、高并发的性能瓶颈，提升系统稳定性和负载能力；
• 应用端改造较小，不需要拆分业务模块。

缺点：

• 跨分片的事务一致性难以保证；
• 跨库的join关联查询性能较差；
• 数据多次扩展难度和维护量极大。

垂直分库

概念：以字段为依据，按照一定策略（hash、range等），将一个表中的数据拆分到多个表中。结果：

• 每个表的结构都一样；
• 每个表的数据都不一样，没有交集；
• 所有表的并集是全量数据；

场景：系统绝对并发量并没有上来，只是单表的数据量太多，影响了SQL效率，加重了CPU负担，以至于成为瓶颈。分析：表的数据量少了，单次SQL执行效率高，自然减轻了CPU的负担。

垂直分表

概念：以字段为依据，按照字段的活跃性，将表中字段拆到不同的表（主表和扩展表）中。
结果：

• 每个表的结构都不一样；
• 每个表的数据也不一样，一般来说，每个表的字段至少有一列交集，一般是主键，用于关联数据；
• 所有表的并集是全量数据；

场景：系统绝对并发量并没有上来，表的记录并不多，但是字段多，并且热点数据和非热点数据在一起，单行数据所需的存储空间较大。以至于数据库缓存的数据行减少，查询时会去读磁盘数据产生大量的随机读IO，产生IO瓶颈。分析：可以用列表页和详情页来帮助理解。垂直分表的拆分原则是将热点数据（可能会冗余经常一起查询的数据）放在一起作为主表，非热点数据放在一起作为扩展表。这样更多的热点数据就能被缓存下来，进而减少了随机读IO。拆了之后，要想获得全部数据就需要关联两个表来取数据。但记住，千万别用join，因为join不仅会增加CPU负担并且会讲两个表耦合在一起（必须在一个数据库实例上）。关联数据，应该在业务Service层做文章，分别获取主表和扩展表数据然后用关联字段关联得到全部数据。

垂直切分的优点：

• 解决业务系统层面的耦合，业务清晰；
• 与微服务的治理类似，也能对不同业务的数据进行分级管理、维护、监控、扩展等；
• 高并发场景下，垂直切分一定程度的提升IO、数据库连接数、单机硬件资源的瓶颈。

缺点：

• 部分表无法join，只能通过接口聚合方式解决，提升了开发的复杂度；
• 分布式事务处理复杂；
• 依然存在单表数据量过大的问题（需要水平切分）。

分库分表工具

• sharding-sphere：jar，前身是sharding-jdbc；
• TDDL：jar，Taobao Distribute Data Layer；
• Mycat：中间件。

分库分表的问题

非partition key的查询问题

基于水平分库分表，拆分策略为常用的hash法。

端上除了partition key只有一个非partition key作为条件查询。

映射法

基因法

写入时，基因法生成user_id，如图。关于xbit基因，例如要分8张表，23=8，故x取3，即3bit基因。根据user_id查询时可直接取模路由到对应的分库或分表。
根据user_name查询时，先通过user_name_code生成函数生成user_name_code再对其取模路由到对应的分库或分表。id生成常用snowflake算法。

端上除了partition key不止一个非partition key作为条件查询。

映射法

冗余法

后台除了partition key还有各种非partition key组合条件查询。

NoSQL法

冗余法

非partition key跨库跨表分页查询问题

基于水平分库分表，拆分策略为常用的hash法。

注：用NoSQL法解决（ES等）。

扩容问题

基于水平分库分表，拆分策略为常用的hash法。

• 水平扩容库（升级从库法），扩容是成倍的。
• 水平扩容表（双写迁移法），双写是通用方案。