Java实战：教你如何进行数据库分库分表

我们知道，当前的应用都离不开数据库，随着数据库中的数据越来越多，单表突破性能上限记录时，如MySQL单表上线估计在近千万条内，当记录数继续增长时，从性能考虑，则需要进行拆分处理。而拆分分为横向拆分和纵向拆分。一般来说，采用横向拆分较多，这样的表结构是一致的，只是不同的数据存储在不同的数据库表中。其中横向拆分也分为分库和分表。

1.示例数据库准备

为了说清楚如何用Java语言和相关框架实现业务表的分库和分表处理。这里首先用MySQL数据库中创建两个独立的数据库实例，名字为mydb和mydb2，此可演示分库操作。另外在每个数据库实例中，创建12个业务表，按年月进行数据拆分。具体的创建表脚本如下：

CREATE TABLE `t_bill_2021_1` ( 
  `order_id` bigint(20) NOT NULL  COMMENT '订单id', 
  `user_id` int(20) NOT NULL COMMENT '用户id', 
  `address_id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '地址id', 
  `status` char(1) DEFAULT NULL COMMENT '订单状态', 
  `create_time` datetime DEFAULT NULL COMMENT '创建时间', 
  PRIMARY KEY (`order_id`) USING BTREE 
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci; 
 
CREATE TABLE `t_bill_2021_2` ( 
  `order_id` bigint(20) NOT NULL  COMMENT '订单id', 
  `user_id` int(20) NOT NULL COMMENT '用户id', 
  `address_id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '地址id', 
  `status` char(1) DEFAULT NULL COMMENT '订单状态', 
  `create_time` datetime DEFAULT NULL COMMENT '创建时间', 
  PRIMARY KEY (`order_id`) USING BTREE 
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci; 
-- 省略.... 
CREATE TABLE `t_bill_2021_12` ( 
  `order_id` bigint(20) NOT NULL  COMMENT '订单id', 
  `user_id` int(20) NOT NULL COMMENT '用户id', 
  `address_id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '地址id', 
  `status` char(1) DEFAULT NULL COMMENT '订单状态', 
  `create_time` datetime DEFAULT NULL COMMENT '创建时间', 
  PRIMARY KEY (`order_id`) USING BTREE 
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci; 

成功执行脚本后，在MySQL管理工具中可以看到如下的示例界面：

2.分库分表实现

在Java语言下的框架中，有众多的开源框架，其中关于分库分表的框架，可以选择Apache ShardingSphere，其官网介绍说：ShardingSphere 是一套开源的分布式数据库解决方案组成的生态圈，它由 JDBC、Proxy 和 Sidecar（规划中）这 3 款既能够独立部署，又支持混合部署配合使用的产品组成。 它们均提供标准化的数据水平扩展、分布式事务和分布式治理等功能，可适用于如 Java 同构、异构语言、云原生等各种多样化的应用场景。Apache ShardingSphere 5.x 版本开始致力于可插拔架构。 目前，数据分片、读写分离、数据加密、影子库压测等功能，以及 MySQL、PostgreSQL、SQLServer、Oracle 等 SQL 与协议的支持，均通过插件的方式织入项目。官网地址为： https://shardingsphere.apache.org/index_zh.html 。

下面的示例采用Spring Boot框架来实现，相关的库通过Maven进行管理。首先给出pom.xml配置文件的定义： 

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> 
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"> 
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion> 
    <parent> 
        <groupId>org.springframework.boot</groupId> 
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId> 
        <version>2.5.3</version> 
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository --> 
    </parent> 
    <groupId>com.example</groupId> 
    <artifactId>wyd</artifactId> 
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version> 
    <name>wyd</name> 
    <description>Demo project for Spring Boot</description> 
    <properties> 
        <java.version>1.8</java.version> 
        <mybatis-plus.version>3.1.1</mybatis-plus.version> 
        <sharding-sphere.version>4.0.0-RC2</sharding-sphere.version> 
        <shardingsphere.version>5.0.0-beta</shardingsphere.version> 
    </properties> 
    <dependencies> 
        <dependency> 
            <groupId>org.springframework.boot</groupId> 
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> 
        </dependency> 
        <dependency> 
            <groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId> 
            <artifactId>mybatis-spring-boot-starter</artifactId> 
            <version>2.0.1</version> 
        </dependency> 
        <dependency> 
            <groupId>com.baomidou</groupId> 
            <artifactId>mybatis-plus-boot-starter</artifactId> 
            <version>${mybatis-plus.version}</version> 
        </dependency> 
        <dependency> 
            <groupId>org.projectlombok</groupId> 
            <artifactId>lombok</artifactId> 
            <optional>true</optional> 
        </dependency> 
        <dependency> 
            <groupId>joda-time</groupId> 
            <artifactId>joda-time</artifactId> 
            <version>2.9.8</version> 
        </dependency> 
        <dependency> 
            <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId> 
            <artifactId>sharding-jdbc-spring-boot-starter</artifactId> 
            <version>${sharding-sphere.version}</version> 
        </dependency> 
        <dependency> 
            <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId> 
            <artifactId>sharding-jdbc-spring-namespace</artifactId> 
            <version>${sharding-sphere.version}</version> 
        </dependency> 
        <dependency> 
            <groupId>mysql</groupId> 
            <artifactId>mysql-connector-java</artifactId> 
            <scope>runtime</scope> 
        </dependency> 
        <dependency> 
            <groupId>org.postgresql</groupId> 
            <artifactId>postgresql</artifactId> 
            <scope>runtime</scope> 
        </dependency> 
        <dependency> 
            <groupId>org.springframework.boot</groupId> 
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId> 
            <scope>test</scope> 
        </dependency> 
    </dependencies> 
    <build> 
        <plugins> 
            <plugin> 
                <groupId>org.springframework.boot</groupId> 
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId> 
            </plugin> 
        </plugins> 
    </build> 
</project> 

其次，给出一个实体类，它对应于上述创建的数据库表t_bill，其定义如下：

package com.example.wyd.dao; 
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableName; 
import lombok.Data; 
import java.util.Date; 
@Data 
@TableName("t_bill") 
public class Bill { 
    private Long orderId; 
    private Integer userId; 
    private Long addressId; 
    private String status; 
    private Date createTime; 
    public void setOrderId(Long orderId) { 
        this.orderId = orderId; 
    } 
    public void setUserId(Integer userId) { 
        this.userId = userId; 
    } 
    public void setAddressId(Long addressId) { 
        this.addressId = addressId; 
    } 
    public void setStatus(String status) { 
        this.status = status; 
    } 
    public void setCreateTime(Date createTime) { 
        this.createTime = createTime; 
    } 
} 
映射类BillMapper定义如下： 
 
package com.example.wyd.mapper; 
import com.baomidou.mybatisplus.core.mapper.BaseMapper; 
import com.example.wyd.dao.Bill; 
public interface BillMapper extends BaseMapper<Bill> { 
 
} 

服务类接口定义如下：

package com.example.wyd.service; 
import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.IService; 
import com.example.wyd.dao.Bill; 
public interface BillService extends IService<Bill> { 
 
} 

服务类接口的实现类定义如下：

package com.example.wyd.service; 
import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.impl.ServiceImpl; 
import com.example.wyd.dao.Bill; 
import com.example.wyd.mapper.BillMapper; 
import org.springframework.stereotype.Service; 
@Service 
public class BillServiceImpl extends ServiceImpl<BillMapper, Bill> implements BillService { 
 
} 

这里我们采用了MybatisPlus框架，它可以很方便的进行数据库相关操作，而无需过多写SQL来实现具体业务逻辑。通过上述定义，通过继承接口的方式，并提供实体类的定义，MybatisPlus框架会通过反射机制来根据数据库设置来生成SQL语句，其中包含增删改查接口，具体的实现我们并未具体定义。

下面定义一个自定义的分库算法，具体实现如下：

package com.example.wyd; 
import org.apache.shardingsphere.api.sharding.standard.PreciseShardingAlgorithm; 
import org.apache.shardingsphere.api.sharding.standard.PreciseShardingValue; 
import java.util.Collection; 
//自定义数据库分片算法 
public class DBShardingAlgorithm implements PreciseShardingAlgorithm<Long> { 
    @Override 
    public String doSharding(Collection<String> availableTargetNames, PreciseShardingValue<Long> shardingValue) { 
        //真实数据库节点 
        availableTargetNames.stream().forEach((item) -> { 
           System.out.println("actual db:" + item); 
        }); 
        //逻辑表以及分片的字段名 
        System.out.println("logicTable:"+shardingValue.getLogicTableName()+";shardingColumn:"+ shardingValue.getColumnName()); 
        //分片数据字段值 
        System.out.println("shardingColumn value:"+ shardingValue.getValue().toString()); 
        //获取字段值 
        long orderId = shardingValue.getValue(); 
        //分片索引计算 0 , 1 
        long db_index = orderId & (2 - 1); 
        for (String each : availableTargetNames) { 
            if (each.equals("ds"+db_index)) { 
                //匹配的话，返回数据库名 
                return each; 
            } 
        } 
        throw new IllegalArgumentException(); 
    } 
} 

下面给出数据的分表逻辑，这个定义稍显复杂一点，就是根据业务数据的日期字段值，根据月份落入对应的物理数据表中。实现示例代码如下： 

package com.example.wyd; 
import org.apache.shardingsphere.api.sharding.standard.PreciseShardingAlgorithm; 
import org.apache.shardingsphere.api.sharding.standard.PreciseShardingValue; 
import java.util.Collection; 
import java.util.Date; 
//表按日期自定义分片 
public class TableShardingAlgorithm implements PreciseShardingAlgorithm<Date> { 
    @Override 
    public String doSharding(Collection<String> availableTargetNames, PreciseShardingValue<Date> shardingValue) { 
        //真实数据库节点 
        availableTargetNames.stream().forEach((item) -> { 
            System.out.println("actual db:" + item); 
        }); 
        //逻辑表以及分片的字段名 
        System.out.println("logicTable:"+shardingValue.getLogicTableName()+";shardingColumn:"+ shardingValue.getColumnName()); 
        //分片数据字段值 
        System.out.println("shardingColumn value:"+ shardingValue.getValue().toString()); 
        //获取表名前缀 
        String tb_name = shardingValue.getLogicTableName() + "_"; 
        //根据日期分表 
        Date date = shardingValue.getValue(); 
        String year = String.format("%tY", date); 
        String mon =String.valueOf(Integer.parseInt(String.format("%tm", date))); 
        //String dat = String.format("%td", date); //也可以安装年月日来分表 
        // 选择表 
        tb_name = tb_name + year + "_" + mon; 
        //实际的表名 
        System.out.println("tb_name:" + tb_name); 
        for (String each : availableTargetNames) { 
            //System.out.println("availableTableName:" + each); 
            if (each.equals(tb_name)) { 
                //返回物理表名 
                return each; 
            } 
        } 
        throw new IllegalArgumentException(); 
    } 
} 

数据的分库分表可以在Spring Boot的属性配置文件中进行设（ application.properties ）： 

server.port=8080 
######################################################################################################### 
# 配置ds0 和ds1两个数据源 
spring.shardingsphere.datasource.names = ds0,ds1 
 
#ds0 配置 
spring.shardingsphere.datasource.ds0.type = com.zaxxer.hikari.HikariDataSource 
spring.shardingsphere.datasource.ds0.driver-class-name = com.mysql.cj.jdbc.Driver 
spring.shardingsphere.datasource.ds0.jdbc-url = jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/mydb?characterEncoding=utf8 
spring.shardingsphere.datasource.ds0.username = uname 
spring.shardingsphere.datasource.ds0.password = pwd 
 
#ds1 配置 
spring.shardingsphere.datasource.ds1.type = com.zaxxer.hikari.HikariDataSource 
spring.shardingsphere.datasource.ds1.driver-class-name = com.mysql.cj.jdbc.Driver 
spring.shardingsphere.datasource.ds1.jdbc-url = jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/mydb2characterEncoding=utf8 
spring.shardingsphere.datasource.ds1.username = uname 
spring.shardingsphere.datasource.ds1.password = pwd 
######################################################################################################### 
# 默认的分库策略：id取模 
spring.shardingsphere.sharding.default-database-strategy.inline.sharding-column = id 
spring.shardingsphere.sharding.default-database-strategy.inline.algorithm-expression = ds$->{id % 2} 
######################################################################################################### 
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_bill.actual-data-nodes=ds$->{0..1}.t_bill_$->{2021..2021}_$->{1..12} 
#数据库分片字段 
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_bill.database-strategy.standard.sharding-column=order_id 
#自定义数据库分片策略 
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_bill.database-strategy.standard.precise-algorithm-class-name=com.example.wyd.DBShardingAlgorithm 
#表分片字段 
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_bill.table-strategy.standard.sharding-column=create_time 
#自定义表分片策略 
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_bill.table-strategy.standard.precise-algorithm-class-name=com.example.wyd.TableShardingAlgorithm 
######################################################################################################### 
# 使用SNOWFLAKE算法生成主键 
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_bill.key-generator.column = order_id 
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_bill.key-generator.type = SNOWFLAKE 
spring.shardingsphere.sharding.tables.t_bill.key-generator.props.worker.id=123 
######################################################################################################### 
spring.shardingsphere.props.sql.show = true 

最后，我们给出一个定义的Controller类型，来测试分库分表的查询和保存操作是否正确。HomeController类定义如下：

package com.example.wyd.controller; 
import com.baomidou.mybatisplus.core.conditions.query.QueryWrapper; 
import com.example.wyd.dao.Bill; 
import com.example.wyd.service.BillService; 
import org.joda.time.DateTime; 
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; 
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping; 
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam; 
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController; 
import java.text.ParseException; 
import java.text.SimpleDateFormat; 
import java.util.Date; 
import java.util.List; 
@RestController 
@RequestMapping("/api") 
public class HomeController { 
    @Autowired 
    private BillService billService; 
    //http://localhost:8080/api/query?start=2021-02-07%2000:00:00&end=2021-03-07%2000:00:00 
    @RequestMapping("/query") 
    public List<Bill> queryList(@RequestParam("start") String start, @RequestParam("end") String end) { 
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); 
        try { 
            Date date = sdf.parse(start); 
            Date date2 = sdf.parse(end); 
            QueryWrapper<Bill> queryWrapper = new QueryWrapper<>(); 
            queryWrapper.ge("create_time",date) 
                    .and(qw-> qw.le("create_time", date2)).last("limit 1,10"); 
            List<Bill> billIPage = billService.list(queryWrapper); 
            System.out.println(billIPage.size()); 
            billIPage.forEach(System.out::println); 
            return billIPage; 
        } catch (ParseException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        return null; 
    } 
    //http://localhost:8080/api/save?userid=999&addressId=999&status=M&date=2021-03-07%2000:00:00 
    @RequestMapping("/save") 
    public String Save(@RequestParam("userid") int userId, @RequestParam("addressId") long AddressId, 
                       @RequestParam("status") String status 
            ,@RequestParam("date") String strDate) { 
        String ret ="0"; 
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); 
        try { 
            Date date = sdf.parse(strDate); 
            Bill bill = new Bill(); 
            bill.setUserId(userId); 
            bill.setAddressId(AddressId); 
            bill.setStatus(status); 
            bill.setCreateTime(date); 
            boolean isOk = billService.save(bill); 
            if (isOk){ 
                ret ="1"; 
            } 
        } catch (ParseException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        return ret; 
    } 
} 

至此，我们可以用测试类初始化一些数据，并做一些初步的数据操作测试：

package com.example.wyd; 
 
import com.baomidou.mybatisplus.core.conditions.query.QueryWrapper; 
import com.example.wyd.dao.Bill; 
import com.example.wyd.dao.Order; 
import com.example.wyd.service.BillService; 
import com.example.wyd.service.OrderService; 
import org.joda.time.DateTime; 
import org.junit.jupiter.api.Test; 
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; 
 
import java.text.ParseException; 
import java.text.SimpleDateFormat; 
import java.util.*; 
 
public class OrderServiceImplTest extends WydApplicationTests { 
    @Autowired 
    private BillService billService; 
    @Test 
    public void testBillSave(){ 
        for (int i = 0 ; i< 120 ; i++){ 
            Bill bill = new Bill(); 
            bill.setUserId(i); 
            bill.setAddressId((long)i); 
            bill.setStatus("K"); 
            bill.setCreateTime((new Date(new DateTime(2021,(i % 11)+1,7,00, 00,00,000).getMillis()))); 
            billService.save(bill); 
        } 
    } 
    @Test 
    public void testGetByOrderId(){ 
        long id = 626038622575374337L; //根据数据修改，无数据会报错 
        QueryWrapper<Bill> queryWrapper = new QueryWrapper<>(); 
        queryWrapper.eq("order_id", id); 
        Bill bill = billService.getOne(queryWrapper); 
        System.out.println(bill.toString()); 
    } 
 
    @Test 
    public void testGetByDate(){ 
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); 
        try { 
            Date date = sdf.parse("2021-02-07 00:00:00"); 
            QueryWrapper<Bill> queryWrapper = new QueryWrapper<>(); 
            queryWrapper.eq("create_time",date); 
            List<Bill> billIPage = billService.list(queryWrapper); 
            System.out.println(billIPage.size()); 
            System.out.println(billIPage.toString()); 
        } catch (ParseException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 
 
    @Test 
    public void testGetByDate2(){ 
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); 
        try { 
            Date date = sdf.parse("2021-02-07 00:00:00"); 
            Date date2 = sdf.parse("2021-03-07 00:00:00"); 
            QueryWrapper<Bill> queryWrapper = new QueryWrapper<>(); 
            queryWrapper.ge("create_time",date) 
            .and(qw-> qw.le("create_time", date2)); 
            List<Bill> billIPage = billService.list(queryWrapper); 
            System.out.println(billIPage.size()); 
            billIPage.forEach(System.out::println); 
 
        } catch (ParseException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 
} 

执行上述测试，通过后会生成测试数据。

3.验证

打开浏览器，输入网址进行查询测试：http://localhost:8080/api/query?start=2021-02-07%2000:00:00&end=2021-03-07%2000:00:00

输入如下网址进行数据新增测试：http://localhost:8080/api/save?userid=999&addressId=999&status=M&date=2021-03-07%2000:00:00

通过跟踪分析，此数据落入如下的表中，SQL语句如下：

SELECT * FROM mydb2.t_bill_2021_3 LIMIT 0, 1000 

这里还需要注意， ShardingSphere 还支持分布式事务 ，感兴趣的可以阅读官网相关资料进行学习。