ShardingSphere核心技术揭秘

原创于 2025-07-29 18:04:16 发布 · 782 阅读

17 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#ShardingSphere # Database Sharding # Distributed Database Middleware

Java场景面试宝典专栏收录该内容

713 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

一、ShardingSphere 核心分片机制

分片策略

ShardingSphere 的核心分片机制是数据库分片的基础，通过将数据分散到多个数据库或表中，优化性能和扩展性。分片策略是实现数据分布的关键，它决定了数据如何被分配到各个分片。

分片策略类型

精确分片算法：根据数据的唯一标识直接映射到某个分片，如主键值。这种策略适用于数据量较大，且主键具有良好分布性的场景。在ShardingSphere中，可以通过哈希算法或取模运算实现精确分片。
范围分片算法：根据数据的范围值（如时间、ID范围）映射到分片。这种策略适用于数据按照时间序列或ID序列分布的场景。在ShardingSphere中，可以通过定义分片键和分片值，结合范围计算实现范围分片。
复合分片算法：结合多个维度进行分片，如结合时间范围和ID范围。这种策略适用于数据分布较为复杂，需要考虑多个因素的场景。在ShardingSphere中，可以通过定义多个分片键和分片值，结合逻辑运算实现复合分片。

强制路由策略

强制路由策略用于确保查询请求被路由到正确的分片，这对于处理跨分片查询特别重要。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现强制路由：

固定分片路由：根据分片键的值，直接路由到指定的分片。
动态分片路由：根据分片键的值和分片策略，动态计算路由到哪个分片。

分布式事务

在分片数据库中，分布式事务管理是保证数据一致性的关键。ShardingSphere提供了以下分布式事务解决方案：

XA事务实现：基于XA协议的分布式事务，支持两阶段提交。在ShardingSphere中，可以通过集成数据库的XA事务实现分布式事务。
Sega事务模型：ShardingSphere提供的简化版事务模型，通过自动提交来简化事务管理。在ShardingSphere中，可以通过设置事务类型为“SEGA”来实现简化事务管理。
柔性事务补偿：在事务失败时，通过补偿机制恢复数据一致性。在ShardingSphere中，可以通过定义事务补偿策略，实现事务失败后的数据恢复。

二、ShardingSphere 读写分离体系

负载均衡

读写分离通过将读操作分散到多个从库，减轻主库的负载。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现负载均衡：

轮询策略：按照轮询顺序分配读请求到从库。
最少连接策略：将读请求分配到连接数最少的从库。
权重分配策略：根据从库的性能和负载情况，分配不同的权重。

权重分配策略

为了实现负载均衡，需要合理分配从库的权重。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现权重分配：

静态权重分配：根据从库的性能和负载情况，预先分配权重。
动态权重分配：根据从库的实时性能和负载情况，动态调整权重。

故障自动剔除

当从库发生故障时，自动将其从负载均衡策略中剔除。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现故障自动剔除：

心跳机制：通过心跳检测从库的健康状态。
超时机制：当从库响应超时时，将其从负载均衡策略中剔除。

连接池管理

连接池管理是保证数据库连接高效使用的关键。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现连接池管理：

连接池配置：根据业务需求，配置连接池的参数，如最大连接数、最小连接数、连接超时时间等。
连接池监控：实时监控连接池的使用情况，如连接数、空闲连接数、活跃连接数等。

数据一致性

读写分离系统需要保证数据的一致性。在ShardingSphere中，可以通过以下方式保证数据一致性：

主从延迟检测：检测主从库之间的数据延迟，当数据延迟超过阈值时，采取相应的措施。
强制主库路由：在需要强一致性操作时，强制路由到主库。

读写分离+分片组合

将读写分离与分片策略结合，可以进一步优化系统的性能和扩展性。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现读写分离与分片策略的结合：

分片路由策略：根据分片键的值，将读请求路由到对应的分片。
从库选择策略：根据负载均衡策略，选择合适的从库。

三、ShardingSphere 分布式治理

弹性伸缩

弹性伸缩是分布式系统的重要特性，ShardingSphere支持在线分片变更和数据再平衡。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现弹性伸缩：

在线分片变更：在不停机的情况下，修改分片策略和分片键。
数据再平衡：在分片变更后，自动将数据重新分配到各个分片。

资源隔离策略

在分布式系统中，资源隔离策略是保证系统稳定性的关键。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现资源隔离：

分片级别资源隔离：将资源（如CPU、内存）分配到不同的分片，避免资源争用。
数据库级别资源隔离：将资源（如连接数、事务）分配到不同的数据库，避免资源争用。

集群管控

集群管控包括配置中心集成、分布式锁实现和节点状态探活等。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现集群管控：

配置中心集成：将配置信息集中存储和管理，方便集群成员访问。
分布式锁实现：保证分布式环境下，对共享资源的访问是互斥的。
节点状态探活：定期检查集群成员的状态，确保集群成员的正常运行。

四、ShardingSphere 数据迁移方案

全量迁移

全量迁移是将数据从源数据库迁移到目标数据库的过程。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现全量迁移：

一致性校验：在迁移过程中，校验源数据库和目标数据库的数据一致性。
断点续传：在迁移过程中，如果发生中断，可以从上次中断点继续迁移。
存量数据切割：将存量数据切割成小批量进行迁移，减少迁移时间。

增量同步

增量同步是持续将源数据库的新增数据同步到目标数据库。在ShardingSphere中，可以通过以下方式实现增量同步：

Binlog解析：解析数据库的Binlog来获取数据变更。
双写一致性：在迁移过程中，保证数据在源和目标数据库的一致性。
灰度切换验证：在迁移完成后，进行灰度切换和验证。

五、ShardingSphere 生态扩展组件

ShardingSphere-Proxy

ShardingSphere-Proxy 是一个高性能的数据库代理，它提供了协议适配层、流量治理和多租户支持等功能。在ShardingSphere-Proxy中，可以通过以下方式实现：

协议适配层：支持多种数据库协议，如MySQL、PostgreSQL等。
流量治理：根据业务需求，对流量进行治理和优化。
多租户支持：支持多租户环境，每个租户的数据隔离。

ShardingSphere-JDBC

ShardingSphere-JDBC 是一个易于使用的 JDBC 驱动，它提供了连接模式优化、多数据源聚合和Hint管理器等功能。在ShardingSphere-JDBC中，可以通过以下方式实现：

连接模式优化：优化数据库连接，提高性能。
多数据源聚合：支持连接多个数据源，实现数据聚合查询。
Hint管理器：通过SQL Hint来控制分片、读写分离等行为。

通过以上对 ShardingSphere 相关知识点的详细描述，我们可以看到，ShardingSphere 作为一款高性能的分布式数据库中间件，不仅提供了核心的分片和读写分离机制，还涵盖了分布式治理、数据迁移和生态扩展等多个方面。这些知识点的串联和举一反三的应用，使得 ShardingSphere 能够在复杂的分布式数据库场景中发挥重要作用。

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