打造专业开发者指南：针对ShardingProxy分库分表解决策略的深度剖析 – 详解部署、使用、服务治理与优化技巧

一、 ShardingProxy快速使用

        ShardingProxy的功能同样是分库分表，但是他是一个独立部署的服务端，提供 统一的数据库代理服务。注意，ShardingProxy目前只支持MySQL和PostgreSQL。并且，客户端连接ShardingProxy时，最好使用MySQL的JDBC客户 端。下面我们来部署一个ShardingProxy服务。

1、 ShardingProxy部署

        ShardingProxy在windows和Linux上提供了一套统一的部署发布包。我们可以 从ShardingSphere官网下载4.1.1版本的ShardingProxy发布包apache-shardingsphere-4.1.1-sharding-proxy-bin.tar.gz，解压到本地目录。配套资料中已经提供

  注意不要有中文路径

        首先，我们需要把MySQL的JDBC驱动包mysql-connector-java-8.0.20.jar手动 复制到ShardingProxy的lib目录下。ShardingProxy默认只附带了PostgreSQL的   JDBC驱动包，而不包含MySQL的JDBC驱动包。

        然后，我们需要到conf目录下，修改server.yaml，将配置文件中的 authentication和props两段配置的注释打开。

authentication:
  users:
    root:
    password: root
  sharding:
    password: sharding
    authorizedSchemas: sharding_db

props:
  max.connections.size.per.query: 1
  acceptor.size: 16  # The default value is available processors count * 2.
  executor.size: 16  # Infinite by default.
  proxy.frontend.flush.threshold: 128  # The default value is 128. # LOCAL: Proxy will run with LOCAL transaction.
  # XA: Proxy will run with XA transaction.
  # BASE: Proxy will run with B.A.S.E transaction.
  proxy.transaction.type: LOCAL
  proxy.opentracing.enabled: false
  proxy.hint.enabled: false
  query.with.cipher.column: true
  sql.show: false
  allow.range.query.with.inline.sharding: false

然后，我们修改conf目录下的config-sharding.yaml，这个配置文件就是shardingProxy关于分库分表部分的配置。整个配置和之前我们使用ShardingJDBC 时的配置大致相同，我们在最下面按照自己的数据库环境增加以下配置：

schemaName: sharding_db
dataSources:
  m1:
    url: jdbc:mysql://localhost:3306/userdb?serverTimezone=GMT%2B8&useSSL=false
    username: root
    password: root
    connectionTimeoutMilliseconds: 30000
    idleTimeoutMilliseconds: 60000
    maxLifetimeMilliseconds: 1800000
    maxPoolSize: 50
shardingRule:
  tables:
    course:
      actualDataNodes: m1.course_$->{1..2}
      tableStrategy:
        inline:
          shardingColumn: cid
          algorithmExpression: course_$->{cid%2+1}
      keyGenerator:
        type: SNOWFLAKE
        column: cid

然后，还一个小问题要注意，我们进入ShardingProxy的Lib目录，里面会有些jar 包因为名字太长了，导致有些文件的后缀被截断了，我们要手动把他们的文件后缀给修改过来。

        然后，我们就可以启动ShardingProxy的服务了。启动脚本在bin目录下。其中， windows 平台对应的脚本是start.bat,Linux平台对应的脚本是start.sh和stop.sh

        启动时，我们可以直接运行start.bat 脚本，这时候， ShardingProxy 默认占用的  是3307端口。为了不跟我们之前搭建的多个MySQL 服务端口冲突，我们定制下启动 端口，改为3316端口。

  start.bat 3316

启动完成后，可以看到几行关键的日志标识服务启动成功了。

[INFO ] 10:46:53.930 [main] c.a.d.xa.XATransactionalResource - resource-1- m1: refreshed XAResource
[INFO ] 10:46:54.580 [main] ShardingSphere-metadata - Loading 1 logic tables ' meta data.
[INFO ] 10:46:54.717 [main] ShardingSphere-metadata - Loading 8 tables ' meta data.
[INFO ] 10:46:56.953 [nioEventLoopGroup-2-1]
i.n.handler.logging.LoggingHandler - [id: 0xc90e0eef] REGISTERED [INFO ] 10:46:56.958 [nioEventLoopGroup-2-1]
i.n.handler.logging.LoggingHandler - [id: 0xc90e0eef] BIND:
0.0.0.0/0.0.0.0:3316
[INFO ] 10:46:56.960 [nioEventLoopGroup-2-1]
i.n.handler.logging.LoggingHandler - [id: 0xc90e0eef,
L:/0:0:0:0:0:0:0:0:3316] ACTIVE

2、 ShardingProxy使用

这样，我们就可以像连接一个标准MySQL服务一样连接ShardingProxy了

D:\dev-hook\mysql-8.0.20-winx64\bin>mysql.exe -P3316 -uroot -p Enter password: ****
Welcome to the MySQL monitor.  Commands end with ; or \g.
Your MySQL connection id is 1
Server version: 8.0.20-Sharding-Proxy 4.1.0

Copyright (c) 2000, 2020, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

Oracle is a registered trademark of Oracle Corporation and/or its affiliates. Other names may be trademarks of their respective
owners.

Type 'help; ' or '\h ' for help. Type '\c ' to clear the current input statement.

mysql> show databases;
+-------------+
| Database    |
+-------------+
| sharding_db |
+-------------+
1 row in set (0.03 sec)

mysql> use sharding_db
Database changed
mysql> show tables;
+--------------------+
| Tables_in_coursedb |
+--------------------+
| course             |
| t_dict             |
+--------------------+
2 rows in set (0.16 sec)

mysql> select * from course;
+--------------------+-------+---------+---------+
| cid                  | cname | user_id | cstatus |
+--------------------+-------+---------+---------+

| 545730330389118976 | java | 545730330804355072 | java | 545730330842103808 | java | 545730330879852544 | java | 545730330917601280 | java	1001 | 1
1001 | 1
1001 | 1
1001 | 1
1001 | 1
+--------------------+-------+---------+---------+
5 rows in set (0.08 sec)

3、 ShardingProxy的服务治理

        从ShardingProxy的server.yaml中看到，ShardingProxy还支持非常多的服务治理功能。在server.yaml配置文件中的orchestration部分属性就演示了如何将 ShardingProxy注册到Zookeeper当中。

orchestration:
  orchestration_ds:
    orchestrationType: registry_center,config_center,distributed_lock_manager
    instanceType: zookeeper
    serverLists: localhost:2181
    namespace: orchestration
    props:
      overwrite: false
      retryIntervalMilliseconds: 500
      timeToLiveSeconds: 60
      maxRetries: 3
      operationTimeoutMilliseconds: 500

ShardingSphere在服务治理这一块主要有两个部分：

        一是数据接入以及弹性伸缩。简单理解就是把MySQL或者其他数据源的数据快速 迁移进ShardingSphere的分片库中。并且能够快速的对已有的ShardingShere分片 库进行扩容以及减配。这一块由ShardingSphere-scaling产品来提供支持。只是这  个功能在目前的4.1.1版本中，还处于Alpha测试阶段。

        另一方面，ShardingSphere支持将复杂的分库分表配置上传到统一的注册中心   中集中管理。目前支持的注册中心有Zookeeper和Etcd。而ShardingSphere也提   供了SPI扩展接口，可以快速接入Nacos、Apollo等注册中心。在ShardingProxy的 server.yaml中我们已经看到了这一部分的配置示例。

        另外，ShardingSphere针对他的这些生态功能，提供了一个ShardingSphere-    UI产品来提供页面支持。ShardingSphere-UI是针对整个ShardingSphere的一个简单有用的Web管理控制台。它用于帮助用户更简单的使用ShardingSphere的相关 功能。目前提供注册中心管理、动态配置管理、数据库编排管理等功能。

4、 Shardingproxy的其他功能

影子库

        这部分功能主要是用于进行压测的。通过给生产环境上的关键数据库表配置一个 影子库，就可以将写往生产环境的数据全部转为写入影子库中，而影子库通常会配 置成跟生产环境在同一个库，这样就可以在生产环境上直接进行压力测试，而不会影响生产环境的数据。

        在conf/config-shadow.yaml中有配置影子库的示例。其中最核心的就是下面的 shadowRule这一部分。

#shadowRule:
#  column: shadow
#  shadowMappings:
# 绑定shadow_ds为ds的影子库
#    ds: shadow_ds

数据加密

        在conf/config-encrypt.yaml中还演示了ShardingProxy的另一个功能，数据加  密。默认集成了AES对称加密和MD5加密。还可以通过SPI机制自行扩展更多的加密算法。

5、 ShardingProxy的SPI扩展

        上一部分提到了ShardingSphere保留了大量的SPI扩展接口，对主流程封闭、对 SPI开放。这在ShardingJDBC中还体现不出太大的作用，但是在ShardingProxy中 就能极大程度提高服务的灵活性了。

        在ShardingProxy中，只需要将自定义的扩展功能按照SPI机制的要求打成jar 包，就可以直接把jar包放入lib目录，然后就配置使用了。

        例如如果想要扩展一个新的主键生成策略，只需要自己开发一个主键生成类

package com.roy.shardingDemo.spiextention;

import org.apache.shardingsphere.spi.keygen.ShardingKeyGenerator;

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.Properties;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

public final class MyKeyGenerator implements ShardingKeyGenerator {

    private AtomicLong atom = new AtomicLong(0);
    private Properties properties = new Properties();

    public synchronized Comparable generateKey() {
        // 读取了一个自定义属性
        String prefix = properties.getProperty("mykey-offset", "100");
        LocalDateTime ldt = LocalDateTime.now();
        String timestampS = DateTimeFormatter.ofPattern("HHmmssSSS").format(ldt);
        return Long.parseLong("" + prefix + timestampS + atom.incrementAndGet());
    }

    // 扩展算法的类型
    public String getType() {
        return "MYKEY";
    }

    public Properties getProperties() {
        return this.properties;
    }

    public void setProperties(Properties properties) {
        this.properties = properties;
    }
}

        然后增加一个META-INF\ services\org.apache.shardingsphere.spi.keygen.ShardingKeyGenerator文件 ，并在文件中写明自己的实现类。

        com.roy.shardingDemo.spiextention.MykeyGenerator将扩展类和这个SPI 服务文件一起打成jar包，就可以直接放到ShardingProxy 的lib 目录下。

mysql> select * from course;
+--------------------+-------+---------+---------+
| cid                  | cname | user_id | cstatus |
+--------------------+-------+---------+---------+

|                222 | java2
| 545730330389118976 | java | 545730330804355072 | java | 545730330842103808 | java | 545730330879852544 | java | 545730330917601280 | java	1002 | 1
1001 | 1
1001 | 1
1001 | 1
1001 | 1
1001 | 1
+--------------------+-------+---------+---------+
6 rows in set (0.01 sec)

mysql> insert into course(cname,user_id,cstatus) values ( 'java2 ',1002, '1 '); Query OK, 1 row affected (0.11 sec)

mysql> insert into course(cname,user_id,cstatus) values ( 'java2 ',1003, '1 '); Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

mysql> select * from course;
+--------------------+-------+---------+---------+
| cid                  | cname | user_id | cstatus |
+--------------------+-------+---------+---------+

|                222 | java2
|      1001509178012 | java2
| 545730330389118976 | java | 545730330804355072 | java | 545730330842103808 | java | 545730330879852544 | java | 545730330917601280 | java
|      1001509119631 | java2	1002 | 1
1003 | 1
1001 | 1
1001 | 1
1001 | 1
1001 | 1
1001 | 1
1002 | 1
+--------------------+-------+---------+---------+
8 rows in set (0.01 sec)

        从结果可以看到，插入的两条记录，自动生成的CID分别为1001509178012、1001509119631。这样我们就很快的完成了一个自定义的主键生成策略。

二、 ShardingSphere总结

        我们现在已经学完了ShardingSphere除了Sharding-SideCar以外的所有产品了，整个sharding + proxy的所有这些功能，本质上其实都只解决了一个问题，就 是单机数据库容量的问题。在软件层面对硬件资源进行管理，从而便于对数据库的横向扩展。

        但是，我们也要意识到他带来的很多问题。

        例如对业务的侵入大。业务系统写的SQL将不再是纯粹的能在服务器上运行的 SQL了，对大量跨维度的JOIN、聚合、子查询、排序等功能在业务上很难进行验证。这必然会弱化数据库的功能。

        并且，使用ShardingSphere管理后，数据库之间变成了结合非常紧密的依赖关 系，对整个集群的扩容也会带来相当大的难度。

        另外，ShardingSphere这种方式实际上将原本由业务管理SQL的工作方式，转化 成了由业务管理逻辑SQL，而运维管理实际SQL的混合工作模式，再加上一大堆服务的引入，整个服务运维的维护工作量以及工作难度也上升了非常多。

        当然，相信随着ShardingSphere后续版本的不断升级优化，这些问题都会得到 不同程度的改善。

三、 与其他相关产品的对比