ShardingSphere 架构解析

于 2025-07-29 18:29:29 发布
阅读量891 收藏 19
点赞数 17
CC 4.0 BY-SA版权
分类专栏： Java场景面试宝典 文章标签： Database Sharding Distributed Systems Middleware
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.csdn.net/CodeJavaPro/article/details/149753625

📕我是廖志伟，一名Java开发工程师、《Java项目实战——深入理解大型互联网企业通用技术》（基础篇）、（进阶篇）、（架构篇）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、CSDN博客专家、阿里云专家博主、51CTO专家博主、产品软文专业写手、技术文章评审老师、技术类问卷调查设计师、幕后大佬社区创始人、开源项目贡献者。

📘拥有多年一线研发和团队管理经验，研究过主流框架的底层源码(Spring、SpringBoot、SpringMVC、SpringCloud、Mybatis、Dubbo、Zookeeper)，消息中间件底层架构原理(RabbitMQ、RocketMQ、Kafka)、Redis缓存、MySQL关系型数据库、 ElasticSearch全文搜索、MongoDB非关系型数据库、Apache ShardingSphere分库分表读写分离、设计模式、领域驱动DDD、Kubernetes容器编排等。

📙不定期分享高并发、高可用、高性能、微服务、分布式、海量数据、性能调优、云原生、项目管理、产品思维、技术选型、架构设计、求职面试、副业思维、个人成长等内容。

Java程序员廖志伟

💡在这个美好的时刻，笔者不再啰嗦废话，现在毫不拖延地进入文章所要讨论的主题。接下来，我将为大家呈现正文内容。

CSDN

一、核心分片机制

在分布式数据库系统中，分片策略是数据分布的关键，它决定了数据如何在多个存储节点之间分配。ShardingSphere 作为一款高性能、易用的开源分布式数据库中间件，其核心分片机制涉及以下技术实现细节：

1. 分片策略

分片策略是数据分片的基础规则，ShardingSphere 提供了多种分片策略，具体实现如下：

  • 精确分片算法：通过哈希函数将数据根据主键或业务键的值精确映射到分片上。例如，使用 MD5 哈希函数对主键进行哈希，然后根据哈希值对分片进行索引。
  • 范围分片算法：根据主键或业务键的值的范围进行分片。例如，将时间序列数据按照时间范围分片，每个分片存储一段时间内的数据。
  • 复合分片算法：结合多种分片策略，例如，先使用范围分片对时间进行分片，再使用精确分片对用户ID进行分片。
2. 强制路由策略

强制路由策略确保查询和更新操作能够正确地路由到目标分片，ShardingSphere 支持以下实现：

  • 强制路由：通过 SQL 注入的方式强制路由到特定的分片。例如，在 SQL 语句中添加特定的路由标识，如 /*-SHARDING:0-*/，强制数据路由到分片0。
  • 路由规则：根据 SQL 语句中的条件或表达式动态确定路由分片。例如，使用 SQL 解析器分析 SQL 语句，根据条件动态选择分片。
3. 分布式事务

分布式事务在分布式数据库系统中至关重要，ShardingSphere 支持以下分布式事务模型：

  • XA事务实现：基于 XA 协议，提供两阶段提交的事务管理。通过协调器协调不同分片的事务，确保事务的原子性。
  • Seata事务模型：基于 Saga 模型，通过补偿事务来保证事务的最终一致性。在事务失败时，通过执行补偿操作来恢复数据一致性。
  • 柔性事务补偿：在事务失败时，通过补偿操作来恢复数据一致性。例如，如果插入操作失败，则执行删除操作来撤销已插入的数据。

二、读写分离体系

读写分离是提高数据库性能和可用性的常用技术，ShardingSphere 的读写分离体系涉及以下技术实现细节：

1. 负载均衡

负载均衡将请求分配到不同的从库，以平衡负载并提高系统性能，ShardingSphere 支持以下负载均衡策略：

  • 权重分配策略：根据从库的权重分配请求。例如，使用轮询算法结合权重分配，优先将请求发送到权重较高的从库。
  • 故障自动剔除：自动检测并剔除故障的从库。例如，通过心跳机制检测从库的健康状态，当从库故障时自动将其从负载均衡器中剔除。
2. 连接池管理

连接池管理是读写分离体系中的关键部分，ShardingSphere 支持以下连接池管理：

  • 连接池配置：配置连接池的基本参数，如最大连接数、最小空闲连接数等。例如，使用 HikariCP 作为连接池，配置最大连接数、最小空闲连接数等参数。
  • 连接池监控：监控连接池的使用情况，包括连接数、空闲连接数等。例如，使用 Prometheus 和 Grafana 监控连接池的使用情况。
3. 数据一致性

数据一致性是读写分离体系中的核心问题，ShardingSphere 提供以下数据一致性保障：

  • 主从延迟检测：检测主从数据库之间的延迟，并采取措施确保数据一致性。例如，使用 GTID 检测主从数据库之间的延迟，并在延迟超过阈值时采取措施。
  • 强制主库路由：强制所有写操作都路由到主库，以保证数据一致性。例如，在 SQL 语句中添加特定的路由标识，强制所有写操作路由到主库。
  • 读写分离+分片组合：将读写分离与分片策略相结合，提高系统性能和可用性。例如，将读操作路由到从库，写操作路由到主库，并使用分片策略对数据进行合理分配。

三、分布式治理

分布式治理是确保分布式数据库系统稳定、高效运行的关键，ShardingSphere 的分布式治理涉及以下技术实现细节：

1. 弹性伸缩

弹性伸缩可以根据系统负载自动调整资源，以适应不同的业务需求，ShardingSphere 支持以下弹性伸缩策略：

  • 在线分片变更：在不停机的情况下，动态调整分片策略。例如，使用 ShardingSphere 的分片变更功能，在不停机的情况下动态调整分片策略。
  • 数据再平衡：根据分片键的分布情况，自动调整数据分布，以平衡负载。例如，使用 ShardingSphere 的数据再平衡功能，根据分片键的分布情况自动调整数据分布。
2. 资源隔离策略

资源隔离策略可以将不同业务或用户的请求隔离，以保证系统稳定运行，ShardingSphere 支持以下资源隔离策略：

  • 配置中心集成：集成配置中心，实现配置的集中管理和动态更新。例如，使用 Spring Cloud Config 作为配置中心，实现配置的集中管理和动态更新。
  • 分布式锁实现：通过分布式锁，保证同一时间只有一个请求操作特定资源。例如，使用 Redisson 或 ZooKeeper 实现分布式锁。
  • 节点状态探活：定期检测节点状态，确保节点健康。例如，使用 Spring Cloud Netflix Eureka 或 ZooKeeper 进行节点状态探活。

四、数据迁移方案

数据迁移是数据库系统升级或迁移过程中不可避免的问题，ShardingSphere 提供以下数据迁移方案：

1. 全量迁移

全量迁移是将数据从源数据库复制到目标数据库的过程，ShardingSphere 支持以下全量迁移方案：

  • 一致性校验：确保源数据库和目标数据库的数据一致性。例如，使用 checksum 或 hash 校验数据一致性。
  • 断点续传：在传输过程中，如果出现故障，可以从断点继续传输。例如，使用 rsync 或 Xcp 实现断点续传。
  • 存量数据切割：将存量数据切割成小批量，以便于迁移。例如，使用 ShardingSphere 的数据分片功能，将存量数据切割成小批量进行迁移。
2. 增量同步

增量同步是指实时同步源数据库的增量数据到目标数据库，ShardingSphere 支持以下增量同步方案：

  • Binlog解析：解析 Binlog 数据，获取增量数据。例如，使用 MySQL Binlog 解析器解析 Binlog 数据。
  • 双写一致性：保证源数据库和目标数据库的写操作一致性。例如，使用 ShardingSphere 的双写一致性功能，确保源数据库和目标数据库的写操作一致。
  • 灰度切换验证：在切换过程中，验证数据一致性，确保系统稳定运行。例如，在切换过程中进行数据一致性校验，确保系统稳定运行。

五、生态扩展组件

ShardingSphere 提供了丰富的生态扩展组件，以满足不同场景的需求，以下为相关组件的技术实现细节：

1. ShardingSphere-Proxy

ShardingSphere-Proxy 是 ShardingSphere 的代理组件，具有以下特点：

  • 协议适配层：支持多种数据库协议，如 MySQL、PostgreSQL 等。例如，使用 Netty 作为协议适配层，支持多种数据库协议。
  • 流量治理：根据业务需求，对流量进行治理和优化。例如，使用限流、熔断等策略进行流量治理。
  • 多租户支持：支持多租户模式，为不同租户提供隔离的数据库服务。例如，使用租户标识区分不同租户的请求。
2. ShardingSphere-JDBC

ShardingSphere-JDBC 是 ShardingSphere 的 JDBC 组件，具有以下特点：

  • 连接模式优化：优化连接模式，提高性能。例如，使用连接池管理连接，减少连接创建和销毁的开销。
  • 多数据源聚合：支持连接多个数据源，实现数据聚合。例如，使用 ShardingSphere-JDBC 连接多个数据源，实现数据聚合。
  • Hint管理器：通过 SQL Hint 优化查询，提高性能。例如，使用 SQL Hint 控制分片策略、读写分离等。

总结：

ShardingSphere 作为一款高性能、易用的分布式数据库中间件，具有以下特点：

  • 核心分片机制：提供多种分片策略，实现数据的合理分配。
  • 读写分离体系：实现负载均衡、数据一致性，提高系统性能。
  • 分布式治理：提供弹性伸缩、资源隔离等策略，保证系统稳定运行。
  • 数据迁移方案：支持全量迁移和增量同步，简化数据迁移过程。
  • 生态扩展组件：提供丰富的扩展组件，满足不同场景的需求。

通过以上技术实现细节的补充，可以更好地理解和应用 ShardingSphere，构建高性能、可扩展的分布式数据库系统。

CSDN

博主分享

📥博主的人生感悟和目标

Java程序员廖志伟

📙经过多年在CSDN创作上千篇文章的经验积累，我已经拥有了不错的写作技巧。同时，我还与清华大学出版社签下了四本书籍的合约，并将陆续出版。

面试备战资料

八股文备战
场景描述链接
时间充裕（25万字）Java知识点大全（高频面试题）Java知识点大全
时间紧急（15万字）Java高级开发高频面试题Java高级开发高频面试题

理论知识专题（图文并茂，字数过万）

技术栈链接
RocketMQRocketMQ详解
KafkaKafka详解
RabbitMQRabbitMQ详解
MongoDBMongoDB详解
ElasticSearchElasticSearch详解
ZookeeperZookeeper详解
RedisRedis详解
MySQLMySQL详解
JVMJVM详解

集群部署（图文并茂，字数过万）

技术栈部署架构链接
MySQL使用Docker-Compose部署MySQL一主二从半同步复制高可用MHA集群Docker-Compose部署教程
Redis三主三从集群（三种方式部署/18个节点的Redis Cluster模式）三种部署方式教程
RocketMQDLedger高可用集群（9节点）部署指南
Nacos+Nginx集群+负载均衡（9节点）Docker部署方案
Kubernetes容器编排安装最全安装教程

开源项目分享

项目名称链接地址
高并发红包雨项目https://gitee.com/java_wxid/red-packet-rain
微服务技术集成demo项目https://gitee.com/java_wxid/java_wxid

管理经验

【公司管理与研发流程优化】针对研发流程、需求管理、沟通协作、文档建设、绩效考核等问题的综合解决方案：https://download.csdn.net/download/java_wxid/91148718

希望各位读者朋友能够多多支持！

现在时代变了，信息爆炸，酒香也怕巷子深，博主真的需要大家的帮助才能在这片海洋中继续发光发热，所以，赶紧动动你的小手，点波关注❤️，点波赞👍，点波收藏⭐，甚至点波评论✍️，都是对博主最好的支持和鼓励！

🔔如果您需要转载或者搬运这篇文章的话，非常欢迎您私信我哦~

ShardingSphere—SQL 路由与执行解析原理
秋元的博客
01-16 943
ShardingSphere 的 SQL 路由、解析与执行机制通过灵活的分片规则、强大的语法解析能力和高效的执行引擎，为分布式数据库操作提供了全面支持。理解这些核心机制，有助于开发者更高效地设计分布式数据库架构，并优化系统性能。
ShardingSphere架构解析
MoneyHacksPro的博客
07-13 729
不定期分享高并发、高可用、高性能、微服务、分布式、海量数据、性能调优、云原生、项目管理、产品思维、技术选型、架构设计、求职面试、副业思维、个人成长等内容。例如，可以定义一个时间分片策略，将不同时间范围内的数据分配到不同的分片。数据再平衡过程需要保证数据的一致性和完整性。
开源推动下Apache ShardingSphere架构演进——潘娟.pdf
07-21
总结来说，Apache ShardingSphere是应对大数据挑战的利器，通过提供高效的分片策略、兼容SQL的查询优化、灵活的分布式事务处理以及友好的运维工具，助力企业构建高可用、可扩展的数据库架构。同时，其开源背景也体现...
ShardingSphere 架构图
03-28
</think>### ShardingSphere架构图说明 ShardingSphere的架构图可从以下途径获取： 1. **官方文档**：访问[ShardingSphere官网](https://shardingsphere.apache.org/document/current/cn/overview/)的「架构」章节，...
Apache ShardingSphere架构演进与开源生态解析
"Apache ShardingSphere的架构演进是由开源社区推动的，主要由潘娟在京东数科的工作经历中阐述。潘娟是京东数科的高级DBA和Apache ShardingSphere的PMC成员，专注于分布式数据库中间件平台的开发。此文档详细介绍了...
ShardingSphere架构与原理
04-25
</think>### ShardingSphere架构与工作原理解析 #### 一、架构分层 ShardingSphere采用三层架构设计，核心组件包括： 1. **接入层** 提供$ShardingSphere-JDBC$（轻量级Java驱动）和$ShardingSphere-Proxy$（独立...
spring-jdbc-4.0.6.RELEASE.jar中文文档.zip
08-02
1、压缩文件中包含： 中文文档、jar包下载地址、Maven依赖、Gradle依赖、源代码下载地址。 2、使用方法： 解压最外层zip，再解压其中的zip包，双击 【index.html】 文件，即可用浏览器打开、进行查看。 3、特殊说明： （1）本文档为人性化翻译，精心制作，请放心使用； （2）只翻译了该翻译的内容，如：注释、说明、描述、用法讲解 等； （3）不该翻译的内容保持原样，如：类名、方法名、包名、类型、关键字、代码 等。 4、温馨提示： （1）为了防止解压后路径太长导致浏览器无法打开，推荐在解压时选择“解压到当前文件夹”（放心，自带文件夹，文件不会散落一地）； （2）有时，一套Java组件会有多个jar，所以在下载前，请仔细阅读本篇描述，以确保这就是你需要的文件。 5、本文件关键字： jar中文文档.zip,java,jar包,Maven,第三方jar包,组件,开源组件,第三方组件,Gradle,中文API文档,手册,开发手册,使用手册,参考手册。
ubuntu：24.04的docker镜像包，需要使用docker命令进行加载
08-02
ubuntu：24.04的docker镜像包，需要使用docker命令进行加载。 加载使用指南 1. 加载镜像到 Docker docker load -i ubuntu_24_04.tar 2. 验证加载结果 docker images 预期输出： REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE ubuntu 24.04 [IMAGE_ID] [DATE] 80.6MB 3. 运行测试容器 docker run -d --name myubuntu ubuntu:24.04 /bin/bash
sprnigboot和微信小程序实现点餐系统（全栈开发之微信小程序点餐）
08-02
资源下载链接为： https://pan.quark.cn/s/d7ff2c8d690c sprnigboot和微信小程序实现点餐系统（全栈开发之微信小程序点餐）（最新、最全版本！打开链接下载即可用！）
计算机二级-Python知识点-计算机二级资源
08-02
Python
YOLO11 改进 _ 注意力机制 _ 处理原始SE通道信息丢失问题的ESE【全文干货】-CSDN博客.mhtml
08-02
YOLO11 改进 _ 注意力机制 _ 处理原始SE通道信息丢失问题的ESE【全文干货】-CSDN博客.mhtml
这款手掌大小的无人机由 Coreless 720 电机和定制的基于 Arduino 的控制板构建而成
08-02
这款手掌大小的无人机由 Coreless 720 电机和定制的基于 Arduino 的控制板构建而成。
MATLAB实现基于心理声学模型的语音信号高效压缩与编码系统
08-02
本项目利用MATLAB开发了一套语音压缩系统，通过心理声学模型分析听觉特性，结合频域掩蔽和动态比特分配技术，在保持音质的同时显著降低数据量，实现低比特率高效编码。
超赞的 wepy！微信小程序组件化开发框架 wepy 资源汇总
08-02
资源下载链接为： https://pan.quark.cn/s/7fadfbe99bcf 超赞的 wepy！微信小程序组件化开发框架 wepy 资源汇总（最新、最全版本！打开链接下载即可用！）
HTML页面中文字属性的详细设置方法
08-02
资源下载链接为： https://pan.quark.cn/s/d9ef5828b597 HTML页面中文字属性的设置主要包括文字字体、文字大小、文字颜色、文字段落行间距、文字的粗体、斜体、下划线、上划线以及删除线等。这些属性设置通常用于对页面中特定部分的文字进行个性化调整。经过测试，这些设置在Internet Explorer 8浏览器和Opera浏览器中能够正常生效。
MATLAB与Simulink环境下汽车主动悬架控制器建模与仿真程序代码
08-02
资源下载链接为： https://pan.quark.cn/s/1bfadf00ae14 在汽车工程领域，主动悬架系统是提升车辆行驶性能和舒适性的关键技术之一，它能够根据不同的路面条件实时调整悬挂的刚度和阻尼。MATLAB和Simulink作为强大的仿真工具，在汽车控制系统的设计和分析中被广泛应用。MATLAB是由MathWorks公司开发的多范式编程环境，主要用于数值计算、符号计算、数据可视化和图像处理。在汽车控制系统的开发中，MATLAB可用于算法设计和验证，并提供丰富的数学函数库及优化工具。Simulink是MATLAB的一个扩展工具，专门用于动态系统的建模和仿真，其图形化用户界面允许用户通过拖拽和连接模块来构建模型，特别适合复杂的非线性系统，如汽车主动悬架系统。在Simulink中，可以建立车辆模型、悬挂模型、传感器模型和控制器模型，并进行时域或频域仿真以观察系统性能。 本项目提供的“汽车主动悬架控制器建模仿真程序代码”是一个典型的实现案例，其关键部分可能包括：1. 车辆模型，涵盖车辆的机械结构，如车轮、车身和悬挂系统，考虑车辆质量分配、几何参数及轮胎与路面的相互作用；2. 悬挂模型，主动悬挂由弹簧、阻尼器和执行器组成，执行器根据控制器指令改变悬挂特性，模型会考虑这些组件的物理特性并引入非线性效应；3. 传感器模型，如加速度计、位移传感器等，用于感知路面条件和车辆状态，为控制器提供反馈信息；4. 控制器设计，目标是根据传感器输入优化车辆行驶性能，可能采用PID控制、LQR控制或滑模控制等策略，控制器模型可在Simulink中以离散或连续形式实现；5. 仿真设置，定义仿真时间步长、初始条件和边界条件，以及输入路面扰动的随机序列，以模拟真实驾驶场景；6. 性能指标，通过仿真输出数据（如车身振动幅度、轮胎接地载荷、乘客舒适度指标等）来评估控制器性能，从而优化控制器参数以达
解决SU二进制文件版本过旧的修复方案
最新发布
08-02
资源下载链接为： https://pan.quark.cn/s/f989b9092fc5 在Android系统中，SU（Super User）二进制文件是获取root权限的关键组件，它允许用户以最高权限运行应用或命令，这对于系统调试、自定义ROM以及安装特定应用等操作至关重要。然而，随着时间推移，SU二进制文件可能会出现安全漏洞或与新版本Android系统不兼容的情况。因此，及时更新或修复过旧的SU二进制文件对于保障设备的安全性和功能完整性非常重要。 SU是“Super User”的缩写，用于在Linux或类Unix系统中切换用户权限。在Android设备被root后，SU二进制文件允许用户以root权限运行应用或命令，这对于系统调试、自定义ROM和安装特定应用等操作是必要的。 随着时间推移，SU二进制文件可能会出现安全漏洞，从而增加设备被恶意软件攻击的风险。此外，新版本的SU通常会增加对新Android版本的支持，因此保持SU二进制文件的最新状态对于确保兼容性至关重要。 要确定SU二进制文件是否过旧，可以通过在终端输入su -v命令来查看当前SU的版本信息。如果版本较旧，或者与当前Android版本不匹配，就需要考虑更新。 通过Magisk：Magisk是一款流行的root管理工具，它提供了安全且无缝的SU更新方式。只需安装Magisk Manager应用，然后在应用中检查更新，Magisk会自动处理SU二进制文件的升级。 通过SuperSU：SuperSU是另一个知名的root解决方案。可以访问其官方网站下载最新版本，然后按照提供的指南进行手动更新。 通过TWRP恢复：如果设备已安装Team Win Recovery Project (TWRP)恢复模式，可以下载新的SU ZIP文件，在恢复模式下刷入来更新。 更新SU二进制文件时，务必确保从可信赖的源获取更新，避免下载
微信小程序里的掘金信息流内容展示
08-02
资源下载链接为： https://pan.quark.cn/s/b258575b40ac 微信小程序里的掘金信息流内容展示（最新、最全版本！打开链接下载即可用！）
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值