MySQL分库分表面试题深度解析

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📃文章前言

  • 🔷文章均为学习工作中整理的笔记。
  • 🔶如有错误请指正,共同学习进步。

MySQL分库分表面试题深度解析

以下内容涵盖分库分表的核心知识点及高频面试题,从基础概念到架构设计全面覆盖


一、核心概念与适用场景

1. 什么是分库分表?
  • 分库 :将单个数据库拆分为多个物理数据库(如order_db拆为order_db1order_db2
  • 分表 :将单表数据拆分到多个物理表(如user表拆为user_0~user_3
  • 核心目的:解决单库单表性能瓶颈(数据量、并发量、磁盘IO)
2. 何时需要分库分表?
指标 临界值参考 典型症状
单表数据量 ≥ 5千万行 索引树深度>3层,查询显著变慢
数据库数据总量 ≥ 1TB 备份/迁移耗时>4小时
单库QPS/TPS ≥ 5K CPU持续>80%,响应时间波动大
磁盘IOPS 达到硬件上限 写延迟>100ms

二、拆分策略详解

1. 水平拆分 vs 垂直拆分
维度 水平拆分 垂直拆分
原理 按行拆分(数据分散存储) 按列拆分(字段分离)
示例 user表按user_id%16分表 user拆为user_baseuser_detail
优点 负载均衡,扩展性强 冷热分离,提升热点数据性能
缺点 跨分片查询复杂 需业务层JOIN
2. 分片键选择原则
  • 离散度高:如用户ID、订单号(避免数据倾斜)
  • 业务相关性:高频查询条件(如按商家分片优化店铺查询)
  • 禁止用:单调递增字段(导致写入热点)、枚举值(分布不均)
3. 常用路由算法
算法 实现方式 适用场景
取模分片 shard = user_id % 64 数据均匀分布
范围分片 user_id 1-100万 → 分片1 按时间/ID区间查询
一致性哈希 虚拟节点环,扩容影响小 动态扩缩容场景
地理位置分片 按地区编码路由 本地化服务优化

三、分库分表中间件选型

中间件 架构模式 特点 适用场景
ShardingSphere 客户端代理 支持读写分离、分布式事务,兼容MySQL协议 Java应用,强定制化需求
MyCat 服务端代理 可视化配置管理,支持跨库JOIN 快速接入,中小规模系统
Vitess 服务端代理 YouTube开源,K8s生态集成好 云原生架构
ProxySQL 数据库代理 轻量级,专注分库分表+读写分离 简单拆分需求

选型建议

  • 云环境优先Vitess
  • 自建集群选ShardingSphere
  • 需要图形化管理用MyCat

四、经典面试题精解

1. 如何避免分库分表后的数据倾斜?

解决方案

java 复制代码
// 分片键加盐(增加离散度)
String saltedKey = userId + "_" + ThreadLocalRandom.current().nextInt(100);
int shard = Math.abs(saltedKey.hashCode()) % shardNum;
  • 监控各分片数据量(超过均值20%触发告警)
  • 动态调整路由规则(如将大客户单独分片)
2. 分页查询如何优化?

问题LIMIT 100000,10 需各分片先查100010行再归并
优化方案

  1. 二次查询法

    sql 复制代码
    /* 步骤1:各分片查询满足条件的ID */
    SELECT id FROM user_{shard} WHERE age > 18 ORDER BY id LIMIT 100010;
    
    /* 步骤2:归并取最小ID范围后精准查询 */
    SELECT * FROM user_{shard} WHERE id > {last_min_id} LIMIT 10;
  2. 游标分页
    WHERE create_time > '2023-01-01' AND id > 1000 LIMIT 10

3. 分布式ID生成方案对比
方案 实现要点 优点 缺点
Snowflake 时间戳+机器ID+序列号 无中心化,趋势递增 时钟回拨问题
Leaf-Segment 数据库号段批量分配 高QPS,无网络开销 依赖DB
UUID 标准RFC4122实现 无协调节点 无序,索引效率低
Redis INCR 原子操作生成连续ID 简单高效 持久化丢失风险
4. 跨分片JOIN如何解决?

策略

  • 全局表广播:小表复制到所有分片(如地区码表)
  • 字段冗余:将关联字段存入主表(如订单中冗余商品名称)
  • 业务层组装:先查A分片数据,再根据ID查B分片合并
  • 中间件支持:MyCat支持ER分片(关联表同组分片)

五、实战问题解决方案

1. 扩容如何平滑进行?

不停机扩容步骤

  1. 双写:新老分片同时写入
  2. 数据同步:使用DTS工具全量+增量同步
  3. 灰度切流:按user_id范围逐步切流量
  4. 下线旧节点:确保无读流量后停用
2. 分布式事务实现
方案 原理 适用场景
XA两阶段提交 数据库原生支持,强一致 银行转账等金融场景
TCC补偿型 Try-Confirm-Cancel 业务层实现 高并发订单系统
Saga事件驱动 通过事件序列+补偿回滚 长事务流程(如物流)
本地消息表 数据库+消息队列组合 最终一致性要求场景
3. 热点问题处理

场景 :秒杀系统中某商品ID集中访问
解决方案

  • 本地缓存:商品数据缓存在应用层
  • 请求合并:将10ms内请求合并为一次DB查询
  • 热点探测:JDK Flight Recorder监控热Key
  • 分片打散product_id + random_suffix 路由

六、架构设计面试要点

  1. 拆库不拆表 vs 拆表不拆库

    • 优先拆库:解决连接数瓶颈
    • 次选拆表:解决单表性能问题
  2. 分片数规划公式
    分片数 = 峰值数据量 / 单表容量上限

    (建议预留50%空间,如预估3亿数据→分片数=3亿/2千万=15→取16)

  3. 数据迁移方案选择

    数据一致性高 业务低感知 停机迁移 金融系统 双写迁移 互联网应用

  4. 监控关键指标

    • 分片磁盘使用差异率
    • 跨分片查询比例
    • 最大分片延迟时间

避坑指南

  • 禁止在分片键上使用函数(导致路由失效)
  • 避免全表扫描(SELECT * 触发跨分片查询)
  • 事务中禁止跨库操作(XA性能损耗大)

掌握以上内容,可应对90%的分库分表面试场景。重点展示 "场景分析→技术选型→落地细节" 的全链路思考能力。


📜文末寄语

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