日期:2014-05-16  浏览次数:20491 次

种可以避免数据迁移的分库分表scale-out扩容方式
转自:http://rdc.taobao.com/team/jm/archives/590

一种可以避免数据迁移的分库分表scale-out扩容方式

目前绝大多数应用采取的两种分库分表规则

mod方式
dayofweek系列日期方式(所有星期1的数据在一个库/表,或所有?月份的数据在一个库表)
这两种方式有个本质的特点,就是离散性加周期性。

例如以一个表的主键对3取余数的方式分库或分表:



那么随着数据量的增大,每个表或库的数据量都是各自增长。当一个表或库的数据量增长到了一个极限,要加库或加表的时候,
介于这种分库分表算法的离散性,必需要做数据迁移才能完成。例如从3个扩展到5个的时候:



需要将原先以mod3分类的数据,重新以mod5分类,不可避免的带来数据迁移。每个表的数据都要被重新分配到多个新的表
相似的例子比如从dayofweek分的7个库/表,要扩张为以dayofmonth分的31张库/表,同样需要进行数据迁移。

数据迁移带来的问题是

业务至少要两次发布
要专门写工具来导数据。由于各业务之间的差别,很难做出统一的工具。目前几乎都是每个业务写一套
要解决增量、全量、时间点,数据不一致等问题
如何在数据量扩张到现有库表极限,加库加表时避免数据迁移呢?
通常的数据增长往往是随着时间的推移增长的。随着业务的开展,时间的推移,数据量不断增加。(不随着时间增长的情况,
例如某天突然需要从另一个系统导入大量数据,这种情况完全可以由dba依据现有的分库分表规则来导入,因此不考虑这种问题。)

考虑到数据增长的特点,如果我们以代表时间增长的字段,按递增的范围分库,则可以避免数据迁移
例如,如果id是随着时间推移而增长的全局sequence,则可以以id的范围来分库:(全局sequence可以用tddl现在的方式也可以用ZooKeeper实现)
id在 0–100万在第一个库中,100-200万在第二个中,200-300万在第3个中 (用M代表百万数据)



或者以时间字段为例,比如一个字段表示记录的创建时间,以此字段的时间段分库gmt_create_time in range



这样的方式下,在数据量再增加达到前几个库/表的上限时,则继续水平增加库表,原先的数据就不需要迁移了
但是这样的方式会带来一个热点问题:当前的数据量达到某个库表的范围时,所有的插入操作,都集中在这个库/表了。

所以在满足基本业务功能的前提下,分库分表方案应该尽量避免的两个问题:

1. 数据迁移
2. 热点

如何既能避免数据迁移又能避免插入更新的热点问题呢?
结合离散分库/分表和连续分库/分表的优点,如果一定要写热点和新数据均匀分配在每个库,同时又保证易于水平扩展,可以考虑这样的模式:

【水平扩展scale-out方案模式一】
阶段一:一个库DB0之内分4个表,id%4 :



阶段二:增加db1库,t2和t3整表搬迁到db1



阶段三:增加DB2和DB3库,t1整表搬迁到DB2,t3整表搬迁的DB3:



为了规则表达,通过内部名称映射或其他方式,我们将DB1和DB2的名称和位置互换得到下图:

dbRule: “DB” + (id % 4)
tbRule: “t”  + (id % 4)



这样3个阶段的扩展方案中,每次次扩容只需要做一次停机发布,不需要做数据迁移。停机发布中只需要做整表搬迁。
这个相对于每个表中的数据重新分配来说,不管是开发做,还是DBA做都会简单很多。

如果更进一步数据库的设计和部署上能做到每个表一个硬盘,那么扩容的过程只要把原有机器的某一块硬盘拔下来,
插入到新的机器上,就完成整表搬迁了!可以大大缩短停机时间。

具体在mysql上可以以库为表。开始一个物理机上启动4个数据库实例,每次倍增机器,直接将库搬迁到新的机器上。
这样从始至终规则都不需要变化,一直都是:

dbRule: “DB” + (id % 4)
tbRule: “t”  + (id % 4)

即逻辑上始终保持4库4表,每个表一个库。这种做法也是目前店铺线图片空间采用的做法。

上述方案有一个缺点,就是在从一个库到4个库的过程中,单表的数据量一直在增长。当单表的数据量超过一定范围时,可能会带来性能问题。比如索引的问题,历史数据清理的问题。
另外当开始预留的表个数用尽,到了4物理库每库1个表的阶段,再进行扩容的话,不可避免的要从表上下手。那么我们来考虑表内数据上限不增长的方案:

【水平扩展scale-out方案模式二】
阶段一:一个数据库,两个表,rule0 = id % 2

分库规则dbRule: “DB0″
分表规则tbRule: “t” + (id % 2)



阶段二:当单库的数据量接近1千万,单表的数据量接近500万时,进行扩容(数据量只是举例,具体扩容量要根据数据库和实际压力状况决定):
增加一个数据库DB1,将DB0.t1整表迁移到新库DB1。
每个库各增加1个表,未来10M-20M的数据mod2分别写入这2个表:t0_1,t1_1:

分库规则dbRule:

“DB” + (id % 2)

分表规则tbRule:

    if(id < 1千万){
        return "t"+ (id % 2);   //1千万之前的数据,仍然放在t0和t1表。t1表从DB0搬迁到DB1库
    }else if(id < 2千万){
        return "t"+ (id % 2) +"_1"; //1千万之后的数据,各放到两个库的两个表中: t0_1,t1_1
    }else{
        throw new IllegalArgumentException("id outof range[20000000]:" + id);
    }


这样10M以后的新生数据会均匀分布在DB0和DB1; 插入更新和查询热点仍然能够在每个库中均匀分布。
每个库中同时有老数据和不断增长的新数据。每表的数据仍然控制在500万以下。

阶段三:当两个库的容量接近上限继续水平扩展时,进行如下操作:
新增加两个库:DB2和DB3. 以id % 4分库。余数0、1、2、3分别对应DB的下标. t0和t1不变,
将DB0.t0_1整表迁移到DB2; 将DB1.t1_1整表迁移到DB3
20M-40M的数据mod4分为4个表:t0_2,t1_2,t2_2,t3_2,分别放到4个库中:



新的分库分表规则如下:

分库规则dbRule:

  if(id < 2千万){
      //2千万之前的数据,4个表分别放到4个库
      if(id < 1千万){
          return "db"+  (id % 2);     //原t0表仍在db0, t1表仍在db1