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MySQL数据切分

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数据切分,就是指通过某种特定的条件,将我们存放在同一个数据库中的数据分散存放到多个数据库(主机)上面,以达到分散单台设备负载的效果。数据的切分同时还可以提高系统的总体可用性,因为单台设备Crash之后,只有总体数据的某部分不可用,而不是所有的数据。

数据的切分(Sharding)根据其切分规则的类型,可以分为两种切分模式。一种是按照不同的表(或者Schema)来切分到不同的数据库(主机)之上,这种切可以称之为数据的垂直(纵向)切分;另外一种则是根据表中的数据的逻辑关系,将同一个表中的数据按照某种条件拆分到多台数据库(主机)上面,这种切分称之为数据的水平(横向)切分。

一、数据的垂直切分
数据的垂直切分,也可以称之为纵向切分。将数据库想象成为由很多个一大块一大块的“数据块”(表)组成,我们垂直的将这些“数据块”切开,然后将他们分散到多台数据库主机上面。这样的切分方法就是一个垂直(纵向)的数据切分。

一个架构设计较好的应用系统,其总体功能肯定是由很多个功能模块所组成的,而每一个功能模块所需要的数据对应到数据库中就是一个或者多个表。而在架构设计中,各个功能模块相互之间的交互点越统一越少,系统的耦合度就越低,系统各个模块的维护性以及扩展性也就越好。这样的系统,实现数据的垂直切分也就越容易。

1、垂直切分的优点
◆ 数据库的拆分简单明了,拆分规则明确;
◆ 应用程序模块清晰明确,整合容易;
◆ 数据维护方便易行,容易定位;

2、垂直切分的缺点
◆ 部分表关联无法在数据库级别完成,需要在程序中完成;
◆ 对于访问极其频繁且数据量超大的表仍然存在性能瓶颈,不一定能满足要求;
◆ 事务处理相对更为复杂;
◆ 切分达到一定程度之后,扩展性会遇到限制;
◆ 过度切分可能会带来系统过度复杂而难以维护。

实际应用案例中,数据库的垂直切分大多是与应用系统的模块相对应,同一个模块的数据源存放于同一个数据库中,可以解决模块内部的数据关联问题。而模块与模块之间,则通过应用程序以服务接口方式来相互提供所需要的数据。虽然这样做在数据库的总体操作次数方面确实会有所增加,但是在系统整体扩展性以及架构模块化方面,都是有益的。

二、数据的水平切分
数据的垂直切分基本上可以简单的理解为按照表按照模块来切分数据,而水平切分就不再是按照表或者是功能模块来切分了。一般来说,简单的水平切分主要是将某个访问极其频繁的表再按照某个字段的某种规则来分散到多个表之中,每个表中包含一部分数据。

我们可以将数据的水平切分理解为是按照数据行的切分,就是将表中的某些行切分到一个数据库,而另外的某些行又切分到其他的数据库中。当然,为了能够比较容易的判定各行数据被切分到哪个数据库中了,切分总是都需要按照某种特定的规则来进行的。如根据某个数字类型字段基于特定数目取模,某个时间类型字段的范围,或者是某个字符类型字段的hash值。

1、水平切分的优点
◆ 表关联基本能够在数据库端全部完成;
◆ 不会存在某些超大型数据量和高负载的表遇到瓶颈的问题;
◆ 应用程序端整体架构改动相对较少;
◆ 事务处理相对简单;
◆ 只要切分规则能够定义好,基本上较难遇到扩展性限制;

2、水平切分的缺点
◆ 切分规则相对更为复杂,很难抽象出一个能够满足整个数据库的切分规则;
◆ 后期数据的维护难度有所增加,人为手工定位数据更困难;
◆ 应用系统各模块耦合度较高,可能会对后面数据的迁移拆分造成一定的困难。

三、垂直与水平联合切分的使用
每一个应用系统的负载都是一步一步增长上来的,在开始遇到性能瓶颈的时候,大多数架构师和DBA都会选择先进行数据的垂直拆分,因为这样的成本最先,最符合这个时期所追求的最大投入产出比。然而,随着业务的不断扩张,系统负载的持续增长,在系统稳定一段时期之后,经过了垂直拆分之后的数据库集群可能又再一次不堪重负,遇到了性能瓶颈。

这时候我们就必须要通过数据的水平切分的优势,来解决这里所遇到的问题。而且,我们完全不必要在使用数据水平切分的时候,推倒之前进行数据垂直切分的成果,而是在其基础上利用水平切分的优势来避开垂直切分的弊端,解决系统复杂性不断扩大的问题。而水平拆分的弊端(规则难以统一)也已经被之前的垂直切分解决掉了,让水平拆分可以进行的得心应手。

1、联合切分的优点
◆ 可以充分利用垂直切分和水平切分各自的优势而避免各自的缺陷;
◆ 让系统扩展性得到最大化提升;

2、联合切分的缺点
◆ 数据库系统架构比较复杂,维护难度更大;
◆ 应用程序架构也相对更复杂;

四、数据切分及整合方案
总的来说,存在两种解决思路:
1、在每个应用程序模块中配置管理自己需要的一个(或者多个)数据源,直接访问各个数据库,在模块内完成数据的整合;
2、通过中间代理层来统一管理所有的数据源,后端数据库集群对前端应用程序透明;

可能90%以上的人在面对上面这两种解决思路的时候都会倾向于选择第二种,尤其是系统不断变得庞大复杂的时候。确实,这是一个非常正确的选择,虽然短期内需要付出的成本可能会相对更大一些,但是对整个系统的扩展性来说,是非常有帮助的。

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