【基础知识】分布式数据库——分片

【干货】浅谈分布式数据库中间件之分库分表——中间件小哥

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DDM——Distributed DataBase Middleware（分布式数据库中间件）

分库分表，顾名思义分库就是把原本存储于一个库的数据分块存储到多个库上，分表把原本存储于一个表的数据分块存储到多个表上。

关于分库分表，我们将从什么是数据分片及如何进行分片两方面对DDM分库分表做一个阐释。

什么是数据分片？

分片是解决数据库存储容量限制的直接途径。

分片包括垂直分片与水平分片两种方式。

垂直分片：

垂直分片又叫纵向分割，即以逻辑表为单位，把原有数据库切分成多个数据库。切分后不同的表存储在不同的数据库上。

垂直分片与业务架构设计有密切的联系。比如从业务领域对系统进行架构优化，分成多个子业务系统，各个子业务系统耦合度较低。子业务系统间以接口方式进行数据通信和数据交换。

垂直拆分后业务清晰，拆分规则明确，系统之间容易整合与扩展。一般用于数据库上层架构设计。

可以看到垂直分片后各个模块之间直接独立，简洁清晰明了，各个模块之间几乎没有不必要的关联，对于开发工作的开展与推进具有积极的作用。

水平分片：

水平分片又叫横向分割，即以逻辑表中的数据行记录为单位，把原有逻辑数据库切分成多个物理数据库分片，表数据记录分布存储在各个分片上。

水平分片主要用业务架构无法继续细分，而数据库中单张表数据量太大，查询性能下降的场景。通过水平分片，即解决单库容量问题，同时提高并发查询性能。

如何进行分片：

首先最重要的就是分片的原则，这是分片的规则与最终的验证正确性的基准。

主要分为三个点：

• 完备性

  如果全局关系 R 划分为片段 R1,R2....Rn ，则对于R中任意数据项d（d属于R），一定存在于d属于Ri (1<=i<=n) 
  

• 可重构性

  所有片段必须可以重新构成全局数据

• 不相交性

  划分的各片段所包含的数据的交集为空
  

水平分片的例题：

1.设有雇员关系 EMP{ENO,ENAME,SALARY,DNO}，其中，ENO为雇员编号，ENAME为雇员姓名，SALARY为雇员工资，DNO为雇员所在的部门的部门编号，其中元组如下。

按下面分片条件进行分段：

• E1：满足(DNO=201)的所有元组

• E2：满足(DNO=202)的所有元组

• E3：满足(DNO<>201 AND DNO<>202) （其中<>在书写时应该接上了，其表示的意思就是非的意思）

从上面的分片可知，将关系EMP分成了三个子关系，按照部门号进行了分割。

故分片属性为：部门编号DNO

分片条件为：

• E1: DNO=201

• E2: DNO=202

• E3: DNO<>201 AND DNO<>202

各关系的内容为：

• E1：

• E2：

• E3：

根据水平分片定义，满足：

1）E1 E2 E3与EMP具有相同的关系模式

2）E1∪E2∪E3=EMP

3）E1∩E2=空 E1∩E3=空 E2∩E3=空

因此，E1 E2 E3是EMP的水平分片。

注意：!  若一个关系的分片不是基于关系本身的属性 ，而是根据另一个与其具有关联关系的属性来划分，这种划分称作：导出水平划分。

2.设有雇员关系 EMP{ENO,ENAME,SALARY,DNO}和关系WORKS{ENO,PRJNO,HOURS}，ENO为雇员编号，PRJNO为雇员参与的项目编号，HOURS为雇员参与项目的小时数，两个元组如下：

EMP元组

WORKS元组

要求：将WORKS按DNO进行水平分片，得到的导出水平分片为 W1 W2 W3

• W1：满足(DNO=201)的所有元组

• W2：满足(DNO=202)的所有元组

• W3：满足(DNO<>201 AND DNO<>202)

则分片条件同EMP的水平分片条件

分片属性：部门的编号DNO

分片条件：

• W1: DNO=201

• W2: DNO=202

• W3: DNO<>201 AND DNO<>202

各子关系的内容是：

W1：

W2：

W3:

根据水平分片定义，满足：

1）W1 W2 W3与EMP具有相同的关系模式

2）W1∪W2∪W3=EMP

3）W1∩W2=空 W1∩W3=空 W2∩W3=空

因此，W1 W2 W3是WORKS的水平分片。

垂直分片的例题：

垂直分片的条件：

1）Attr(R1)∪Attr(R2)∪........Attr(Rn)=Attr(R)

2）{R1,R2,R3......Rn}是关系R的无损分解

3）Attr(R1)∩Attr(R2)∩Attr(R3)∩........∩Attr(Rn)=主键

1.设有雇员关系 EMP{ENO,ENAME,BIRTH,SALARY,DNO}，其中，ENO为雇员编号，ENAME为雇员姓名，BIRTH为雇员出生日期，SALARY为雇员工资，DNO为雇员所在的部门的部门编号，其中元组如下。

假设存在 E1{ENO,ENAME,BIRTH} 和 E2{ENO,SALARY,DNO} ，则E1和E2中元组分别是：

E1

E2:

根据垂直分片条件可知：

1）E1和E2是EMP的无损分解

2）E1∪E2=EMP

3）E1∩ E2={ENO}

因此，满足垂直分片条件，故E1和E2是EMP的垂直分片。

混合分片：就是既包含水平分片又包含垂直分片

简单谓词与小项谓词：

查询谓词 分出 简单谓词和小项谓词

简单谓词：只含有一个操作符号的查询谓词成为简单谓词

比如 "DNO=201"和"SALARY>1000"为简单谓词

小项谓词：有多个简单谓词组成的查询谓词称为小项谓词

比如："DNO=201 ^ SALARY>1000"为小项谓词