ShardingSphere 架构解析

AIHacksCash

于 2025-07-23 18:38:57 发布

阅读量610

点赞数 12

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏： Java场景面试宝典文章标签： ShardingSphere Distributed Database Database Sharding

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/AIHacksCash/article/details/149579085

Java场景面试宝典专栏收录该内容

429 篇文章

订阅专栏

📕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）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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。

Java程序员廖志伟

💡在这个美好的时刻，笔者不再啰嗦废话，现在毫不拖延地进入文章所要讨论的主题。接下来，我将为大家呈现正文内容。

优快云 @TOC

一、核心分片机制

在分布式数据库系统中，ShardingSphere的核心分片机制是其实现数据库水平扩展和分布式部署的关键。这一机制确保数据在多个分片之间均匀分布，从而提高系统的吞吐量和可用性。

分片策略

分片策略是ShardingSphere实现数据分片的基础，其设计直接影响系统的性能和扩展性。

精确分片算法：这种算法基于数据键值直接映射到分片上。例如，在用户表中对用户ID进行精确分片，每个分片包含特定范围内的用户ID。
- 技术实现：使用哈希函数对数据键值进行哈希计算，根据哈希值确定数据所在的分片。
范围分片算法：这种算法根据数据键值的范围将数据映射到分片上。例如，按时间范围对订单数据进行分片。
- 技术实现：设置数据键值的范围，根据键值落在哪个范围内，将数据分配到对应的分片。
复合分片算法：结合多个维度进行分片，如按ID范围和用户类型复合分片。
- 技术实现：首先对每个维度进行分片，然后根据多个维度的组合确定最终的数据分片。

强制路由策略

强制路由策略用于在查询时指定数据需要访问的分片，确保查询操作能够直接定位到正确的分片上。

基于分片键的路由：根据分片键值直接定位分片。
- 技术实现：在查询语句中指定分片键，ShardingSphere根据分片键值查找对应的分片。
基于SQL语句的路由：根据SQL语句中的条件判断，动态确定分片。
- 技术实现：解析SQL语句，根据条件表达式计算分片键值，确定数据所在的分片。

分布式事务

在分布式数据库系统中，事务的跨分片一致性是保证数据完整性的关键。

XA事务实现：基于JTA（Java Transaction API）实现的分布式事务，支持两阶段提交。
- 技术实现：在ShardingSphere中集成JTA，实现跨分片事务的协调和两阶段提交。
Sega事务模型：ShardingSphere特有的分布式事务模型，支持跨分片事务的自动化处理。
- 技术实现：ShardingSphere通过事务协调器自动处理跨分片事务，确保数据一致性。
柔性事务补偿：在分布式事务失败时，通过补偿机制恢复数据一致性。
- 技术实现：在ShardingSphere中实现事务补偿机制，当事务失败时，自动执行补偿操作以恢复数据一致性。

二、读写分离体系

读写分离体系是提高数据库系统性能和可用性的重要手段。

负载均衡

负载均衡是将请求分发到多个服务器或数据库实例上，以实现负载均衡和资源优化。

权重分配策略：根据不同服务器的性能或负载情况，分配不同的权重。
- 技术实现：使用轮询、最少连接数、IP哈希等策略分配请求到不同的服务器。
故障自动剔除：当服务器或数据库实例出现故障时，自动将其从负载均衡池中剔除。
- 技术实现：通过心跳检测、健康检查等方式监控服务器状态，当服务器出现故障时，将其从负载均衡池中剔除。

连接池管理

连接池是管理数据库连接的重要组件，它能够提高数据库访问效率。

连接池配置：配置连接池参数，如最大连接数、最小空闲连接数等。
- 技术实现：通过配置文件或代码配置连接池参数，如连接池大小、连接超时时间等。
连接池监控：监控连接池的使用情况，确保系统稳定运行。
- 技术实现：通过监控工具或自定义代码监控连接池的使用情况，如连接数、请求处理时间等。

数据一致性

在读写分离体系中，数据一致性是保证系统可靠性的关键。

主从延迟检测：检测主从数据库之间的延迟，确保数据同步。
- 技术实现：通过定时任务或监控工具检测主从数据库之间的延迟，当延迟超过阈值时，进行相应的处理。
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。
- 技术实现：在ShardingSphere中实现强制主库路由策略，确保写操作始终路由到主库。

读写分离+分片组合

ShardingSphere支持读写分离与分片机制的组合，实现更复杂的分布式数据库架构。

技术实现：在ShardingSphere中同时启用读写分离和分片机制，实现数据分片和负载均衡。

优快云

博主分享

📥博主的人生感悟和目标

Java程序员廖志伟

📙经过多年在优快云创作上千篇文章的经验积累，我已经拥有了不错的写作技巧。同时，我还与清华大学出版社签下了四本书籍的合约，并将陆续出版。

《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇的购书链接：https://item.jd.com/14152451.html
《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇繁体字的购书链接：http://product.dangdang.com/11821397208.html
《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》进阶篇的购书链接：https://item.jd.com/14616418.html
《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》架构篇待上架
《解密程序员的思维密码--沟通、演讲、思考的实践》购书链接：https://item.jd.com/15096040.html

面试备战资料

八股文备战

场景	描述	链接
时间充裕（25万字）	Java知识点大全（高频面试题）	Java知识点大全
时间紧急（15万字）	Java高级开发高频面试题	Java高级开发高频面试题

理论知识专题（图文并茂，字数过万）

技术栈	链接
RocketMQ	RocketMQ详解
Kafka	Kafka详解
RabbitMQ	RabbitMQ详解
MongoDB	MongoDB详解
ElasticSearch	ElasticSearch详解
Zookeeper	Zookeeper详解
Redis	Redis详解
MySQL	MySQL详解
JVM	JVM详解

集群部署（图文并茂，字数过万）

技术栈	部署架构	链接
MySQL	使用Docker-Compose部署MySQL一主二从半同步复制高可用MHA集群	Docker-Compose部署教程
Redis	三主三从集群（三种方式部署/18个节点的Redis Cluster模式）	三种部署方式教程
RocketMQ	DLedger高可用集群（9节点）	部署指南
Nacos+Nginx	集群+负载均衡（9节点）	Docker部署方案
Kubernetes	容器编排安装	最全安装教程