📕我是廖志伟,一名Java开发工程师、《Java项目实战——深入理解大型互联网企业通用技术》(基础篇)、(进阶篇)、(架构篇)清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、优快云博客专家、阿里云专家博主、51CTO专家博主、产品软文专业写手、技术文章评审老师、技术类问卷调查设计师、幕后大佬社区创始人、开源项目贡献者。
📘拥有多年一线研发和团队管理经验,研究过主流框架的底层源码(Spring、SpringBoot、SpringMVC、SpringCloud、Mybatis、Dubbo、Zookeeper),消息中间件底层架构原理(RabbitMQ、RocketMQ、Kafka)、Redis缓存、MySQL关系型数据库、 ElasticSearch全文搜索、MongoDB非关系型数据库、Apache ShardingSphere分库分表读写分离、设计模式、领域驱动DDD、Kubernetes容器编排等。不定期分享高并发、高可用、高性能、微服务、分布式、海量数据、性能调优、云原生、项目管理、产品思维、技术选型、架构设计、求职面试、副业思维、个人成长等内容。

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一、核心分片机制
ShardingSphere的核心分片机制是其架构设计的灵魂,它实现了数据的水平扩展,优化了查询性能,并支持复杂的分布式事务管理。以下是针对核心分片机制的技术实现细节:
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分片策略
- 精确分片算法:通过哈希函数将分片键映射到特定分片。例如,使用MD5哈希函数对用户ID进行分片,确保每个用户ID映射到唯一的分片。
- 范围分片算法:根据分片键的值范围将数据分配到分片。例如,可以使用线性哈希将用户年龄的范围映射到不同的分片。
- 复合分片算法:结合多个分片键进行分片。例如,结合用户ID和年龄,通过复合哈希算法将用户数据映射到对应的分片。
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强制路由策略
- 默认分片:为每个查询指定一个默认的分片,当查询中未指定分片键时,数据将被路由到默认分片。
- 随机分片:在多个分片中选择一个进行数据路由,提高负载均衡和查询的随机性。
- 轮询分片:按照预设的顺序或规则循环选择分片,确保数据均匀分布。
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分布式事务
- XA事务实现:利用JTA和XA协议,支持两阶段提交(2PC)和三阶段提交(3PC),确保分布式事务的一致性。
- SeGA事务模型:ShardingSphere的自研分布式事务模型,采用两阶段提交协议,并在第一阶段引入了超时机制,以解决单点故障和阻塞问题。
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柔性事务补偿
- 使用日志记录事务状态和操作,当事务失败时,通过补偿事务来恢复数据一致性。
- 补偿策略包括重试、回滚和补偿操作,确保在分布式环境下事务的最终一致性。
二、读写分离体系
读写分离是ShardingSphere提高数据库性能的关键特性,其技术实现细节如下:
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负载均衡
- 权重分配策略:根据数据库节点的性能和负载情况动态分配权重,确保负载均衡。
- 故障自动剔除:当数据库节点发生故障时,自动从负载均衡策略中剔除,避免影响性能。
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连接池管理
- 连接池大小:根据系统需求和数据库连接特点设置合适的连接池大小,避免连接创建和销毁的开销。
- 连接超时时间:设置连接超时时间,确保连接的有效性,避免连接占用过长时间。
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数据一致性
- 主从延迟检测:定期检测主从数据库的延迟,确保读操作能够读取到最新的数据。
- 强制主库路由:在执行写操作时,强制路由到主库,保证数据一致性和完整性。
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读写分离+分片组合
- 通过结合读写分离和分片策略,实现更高效的数据库访问,提高系统的整体性能。
三、分布式治理
ShardingSphere的分布式治理能力确保了系统的稳定性和可扩展性,以下是其技术实现细节:
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弹性伸缩
- 在线分片变更:在不影响业务的情况下,动态调整分片策略,实现水平扩展。
- 数据再平衡:根据系统负载重新分配数据到不同的分片,优化数据分布。
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资源隔离策略
- 配置中心集成:通过配置中心集中管理数据库节点信息,实现资源隔离。
- 分布式锁实现:使用分布式锁,防止多个业务同时操作同一资源,保证数据的一致性。
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集群管控
- 节点状态探活:定期检测数据库节点状态,确保集群正常运行。
- 配置变更通知:当配置发生变化时,及时通知相关节点,确保数据的一致性和准确性。
四、数据迁移方案
ShardingSphere提供全量迁移和增量同步两种数据迁移方案,以下是其技术实现细节:
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全量迁移
- 一致性校验:确保源数据库和目标数据库的数据一致性,防止数据丢失或损坏。
- 断点续传:在数据传输过程中,如果出现中断,可以从上次中断的位置继续传输,提高迁移效率。
- 存量数据切割:将存量数据切割成多个小批量,分批次迁移,降低迁移过程中的压力。
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增量同步
- Binlog解析:解析源数据库的Binlog,获取新增数据,实现增量同步。
- 双写一致性:确保源数据库和目标数据库的数据一致性,避免数据丢失或重复。
- 灰度切换验证:在正式切换之前,进行灰度验证,确保迁移过程无误,降低风险。
五、生态扩展组件
ShardingSphere拥有丰富的生态扩展组件,以下是其技术实现细节:
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ShardingSphere-Proxy
- 协议适配层:支持多种数据库协议,如MySQL、PostgreSQL等,方便用户使用。
- 流量治理:根据业务需求,对数据库访问流量进行治理,优化系统性能。
- 多租户支持:支持多租户访问,实现资源隔离,提高系统安全性。
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ShardingSphere-JDBC
- 连接模式优化:优化数据库连接,提高性能,降低连接创建和销毁的开销。
- 多数据源聚合:支持多数据源聚合,实现统一访问,提高系统可扩展性。
- Hint管理器:提供Hint功能,支持自定义路由策略,满足用户特定的需求。
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