ShardingSphere核心技术解析

于 2025-07-26 18:42:42 发布
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分类专栏： Java场景面试宝典 文章标签： Database Sharding Distributed Systems SQL Parsing
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📕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。

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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。

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一、核心分片机制

ShardingSphere的核心分片机制是其分布式数据库中间件的核心，它通过分片策略将数据水平扩展到多个数据库实例中。以下是ShardingSphere核心分片机制的技术实现细节：

  1. 分片策略

    • 分片策略通过ShardingSphere的ShardingRule配置实现，它定义了数据分片的规则和逻辑。
    • 分片策略的实现依赖于ShardingSphere提供的多种分片算法，这些算法通过ShardingAlgorithm接口定义。

  2. 精确分片算法

    • 精确分片算法通过预定义的分片键值直接映射到具体的分片上。
    • 实现上，精确分片算法通常使用HashMap来存储分片键值与分片之间的映射关系。

  3. 范围分片算法

    • 范围分片算法根据分片键值的范围将数据分布到不同的分片上。
    • 实现上，范围分片算法通常使用有序的数据结构，如TreeMap，来存储分片键值范围与分片之间的映射。

  4. 复合分片算法

    • 复合分片算法结合了精确分片和范围分片的特点，通常用于多维度分片。
    • 实现上，复合分片算法可能需要结合多个分片键值和相应的分片算法。

  5. 强制路由策略

    • 强制路由策略通过SQL解析器识别特定的路由Hint，将SQL语句路由到指定的分片上。
    • 实现上，SQL解析器需要识别并解析Hint，然后根据Hint进行路由决策。

  6. 分布式事务

    • 分布式事务通过ShardingSphere的分布式事务协调器实现。
    • XA事务模型通过两阶段提交协议确保事务的原子性。
    • Saga事务模型通过补偿事务的方式处理分布式事务的失败情况。

二、读写分离体系

ShardingSphere的读写分离体系通过以下技术实现细节来提高数据库性能和可用性：

  1. 负载均衡

    • 负载均衡通过ShardingSphere的负载均衡器实现，它根据配置的权重分配策略将读请求分配到不同的从库。

  2. 权重分配策略

    • 权重分配策略通过配置文件或动态配置中心实现，它可以根据从库的性能和负载动态调整权重。

  3. 故障自动剔除

    • 故障自动剔除通过心跳机制和健康检查实现，当从库出现故障时，负载均衡器会自动将其剔除。

  4. 连接池管理

    • 连接池管理通过连接池实现，它负责连接的创建、管理和回收，确保连接的高效使用。

  5. 数据一致性

    • 主从延迟检测通过定时任务和监控机制实现，它监控主从库之间的数据同步状态。

  6. 读写分离+分片组合

    • 将读写分离与分片机制结合，需要确保读请求能够路由到正确的分片上，同时保证写操作始终路由到主库。

三、分布式治理

分布式治理在ShardingSphere中通过以下技术实现细节来确保分布式系统的稳定运行：

  1. 弹性伸缩

    • 在线分片变更通过ShardingSphere的ShardingRule动态更新实现，它允许在运行时动态调整分片策略。

  2. 资源隔离策略

    • 资源隔离策略通过ShardingSphere的隔离级别和锁机制实现，它确保不同分片之间的资源互不干扰。

  3. 集群管控

    • 配置中心集成通过分布式配置管理实现，它允许集中管理和分发配置信息。
    • 分布式锁实现通过Zookeeper或etcd等分布式协调服务实现，确保配置的一致性和安全性。
    • 节点状态探活机制通过心跳机制实现，确保集群节点的健康状态。

四、数据迁移方案

ShardingSphere的数据迁移方案通过以下技术实现细节来简化数据库升级和优化：

  1. 全量迁移

    • 一致性校验通过校验点（checkpoint）和快照机制实现，确保数据迁移过程中的数据一致性。
    • 断点续传和存量数据切割通过记录迁移进度和增量数据实现，提高数据迁移的效率。

  2. 增量同步

    • Binlog解析通过监听数据库的Binlog事件实现，它捕获数据库的增量变化。
    • 双写一致性通过在迁移过程中同时写入源数据库和目标数据库实现，确保数据的一致性。
    • 灰度切换验证通过逐步切换数据访问路径实现，降低数据迁移的风险。

五、生态扩展组件

ShardingSphere的生态扩展组件通过以下技术实现细节提供丰富的功能：

  1. ShardingSphere-Proxy

    • 协议适配层通过解析和重写数据库协议实现，支持多种数据库协议。
    • 流量治理和Hint管理器通过中间件实现，提高数据库访问的效率。

  2. ShardingSphere-JDBC

    • 连接模式优化通过连接池和连接复用实现，提高数据库访问的效率。
    • 多数据源聚合通过数据源路由和连接池管理实现，实现数据库资源的统一管理。

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1、压缩文件中包含： 中文-英文对照文档、jar包下载地址、Maven依赖、Gradle依赖、源代码下载地址。 2、使用方法： 解压最外层zip，再解压其中的zip包，双击 【index.html】 文件，即可用浏览器打开、进行查看。 3、特殊说明： （1）本文档为人性化翻译，精心制作，请放心使用； （2）只翻译了该翻译的内容，如：注释、说明、描述、用法讲解 等； （3）不该翻译的内容保持原样，如：类名、方法名、包名、类型、关键字、代码 等。 4、温馨提示： （1）为了防止解压后路径太长导致浏览器无法打开，推荐在解压时选择“解压到当前文件夹”（放心，自带文件夹，文件不会散落一地）； （2）有时，一套Java组件会有多个jar，所以在下载前，请仔细阅读本篇描述，以确保这就是你需要的文件。 5、本文件关键字： jar中文-英文对照文档.zip,java,jar包,Maven,第三方jar包,组件,开源组件,第三方组件,Gradle,中文API文档,手册,开发手册,使用手册,参考手册。
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基于滑动窗口与多尺度卷积的一维数据分类及滚动轴承故障检测算法研究 · 多尺度一维卷积特征编码
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如何利用一维数据分类技术提升滚动轴承故障检测的效果。文中首先阐述了一维数据分类的重要性和应用场景，特别是针对滚动轴承故障检测的任务。接着分别介绍了三种关键技术：一维Swin Transformer、相对位置编码和多尺度一维卷积特征编码。一维Swin Transformer通过滑动窗口方式增强特征交互；相对位置编码则通过引入位置偏置bias解决位置信息丢失问题；多尺度一维卷积特征编码能够在不同尺度上捕捉数据特征，保持局部结构信息。最后，作者展示了实验结果，证明这几种方法能够显著提高分类准确性，并通过混淆矩阵和t-SNE可视化进一步验证了方法的有效性。 适合人群：从事机械故障诊断、信号处理的研究人员和技术人员，尤其是关注滚动轴承故障检测领域的专业人士。 使用场景及目标：适用于需要从一维时间序列数据中提取故障特征的应用场景，如工业设备维护、医疗健康监测等。目标是提高故障检测的精度和可靠性，确保设备安全稳定运行。 其他说明：文中提到的技术不仅限于滚动轴承故障检测，在其他涉及一维信号分类的任务中也有广泛应用潜力，如心电图分析、雷达信号识别等。
langchain4j-nomic-0.31.0.jar中文文档.zip
07-26
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三相并网逆变器的Simulink仿真
07-26
在电力电子领域，三相并网逆变器是一种关键设备，它用于将直流电源转换为与电网同步的交流电，并将其注入到电网中。本文将深入探讨“三相并网逆变器的Simulink仿真”这一主题，涵盖并网逆变器的基本原理、控制策略以及Simulink仿真的应用。 三相并网逆变器通常由直流侧的电容储能、逆变桥和输出滤波器组成。逆变桥由六个功率开关器件（如IGBT或MOSFET）组成，通过控制这些开关器件的通断，能够生成所需幅值和相位的三相交流电。在本例中，400V的直流电源作为输入，逆变器的目标是将这部分直流电能转化为与电网匹配的交流电能。 并网模式下，逆变器需遵循电网的电压和频率标准。中国标准电网频率为50Hz，因此并网逆变器的输出频率必须保持在47.5Hz至52.5Hz之间，以满足±5%的频率偏差要求。此外，为了保证电网质量，逆变器采用电流环单环控制，通过对输出电流的实时监测和调整，确保并网电流的峰值和与电网电压的相位差得到精确控制。 Simulink是MATLAB软件中的一个模块化仿真工具，用于构建、模拟和分析动态系统。在电力电子仿真中，Simulink可以创建详细的电路模型，包括开关器件、滤波器、控制器等，并进行实时仿真，以观察系统在不同条件下的行为。对于三相并网逆变器，我们可以在Simulink环境中搭建包括电压源、逆变桥、电流环控制器、电网模型在内的完整系统，然后通过仿真研究控制策略对并网性能的影响，如电流谐波、功率因数校正、电网适应性等。 电流环单环控制是并网逆变器常用的控制策略，其核心在于通过PI控制器调整逆变器输出电流，使其跟踪参考信号，从而实现对并网电流的精确控制。在Simulink中，我们可以设置不同的PI参数，观察系统响应，优化控制器性能，确保并网电流的稳定性和电网的兼容性。 总结来说，"三相并网逆变器的Simulink仿真"涉及电力电子、控制理论和仿真技术等多个方面。通过Simulink平台，工程师可以深入理解并网逆变器的工作原理，优化控制策略，提高并网性能，这对于电力系统的稳定运行和可再生能源的有效利用具有重要意义。同时，这也是电力电子研究和教学中不可或缺的一部分，有助于培养相关领域的专业人才。
COMSOL建模技术：基于流体模型的空气负电晕放电模拟与应用
07-26
利用COMSOL软件构建空气负电晕放电的流体动力学模型的方法和技术要点。首先阐述了选择合适的物理场（如等离子体模块）以及多物种传输的重要性，并分享了一些实用的操作技巧，例如批量选择物种、调整迁移率公式以适应不同条件。接着重点讨论了边界条件设定的关键步骤，特别是针对放电极表面的电子发射特性进行了深入探讨，强调了参数选取对结果稳定性的影响。此外还提到了求解器配置方面的一些经验，包括初始值和平滑函数的选择，确保仿真的稳定性和准确性。最后作者分享了几点个人心得，如应对计算发散的有效措施等。 适合人群：从事等离子体物理、电气工程等相关领域的科研工作者及研究生。 使用场景及目标：帮助研究人员更好地理解和掌握COMSOL软件中关于空气负电晕放电建模的具体方法，提高实际项目中的应用能力。 其他说明：文中不仅提供了具体的技术指导，还穿插了许多形象生动的例子来解释复杂的概念，使得原本枯燥的专业知识变得更加易懂有趣。
BLDC电机转速控制与双环仿真的技术探讨：基于霍尔传感器的六步换相法及内外环控制策略
07-26
内容概要：本文深入探讨了无刷直流电机（BLDC）转速控制及其双环控制仿真的技术细节。首先介绍了BLDC电机的特点和应用场景，强调了其低噪声、低能耗的优势。接着详细阐述了双环控制结构，即外环PI控制用于转速调节，内环采用滞环或bang-bang控制策略进行电流管理。此外，文章还讨论了六步换相法结合霍尔传感器的驱动方式，旨在提升电机效率和稳定性。最后，通过仿真方法验证了不同控制策略的有效性，并分析了其在实际应用中的表现。 适合人群：从事电机控制系统设计的研究人员、工程师及相关专业学生。 使用场景及目标：适用于需要深入了解BLDC电机控制原理及仿真技术的人群，帮助他们掌握先进的控制策略和仿真方法，以应用于实际项目中。 其他说明：文中仅涉及仿真分析，未提供具体代码实现。
静态路由的配置，包括汇总，子网划分，防环
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