深入解析MySQL(10)——基于Apache ShardingSphere的高性能架构详解

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MySQL版本：8.0.44
Linux操作系统版本：Ubuntu 24.04 LTS
Apache ShardingSphere版本：5.3.2 (已免费上传至我的资源)
JDBC驱动程序版本：8.0.30(已免费上传至我的资源)

1.理论 - 高性能架构模式

1.1 读写分离

将读操作 和写操作 分配到不同的数据库节点上，分散数据库读写操作的压力

单机架构 与读写分离架构 的区别演示

1.2 数据分片

在关系型数据库中，索引普遍采用 B+ 树结构。随着业务数据不断积累，单表数据量膨胀会导致 B+ 树高度增加，每次查询需要更多的磁盘 I/O，严重拖慢查询效率 。此外，集中式数据库在高并发场景下容易成为系统瓶颈。为解决性能与扩展性问题，必须实施数据分片(Sharding)，将数据分散存储到多个数据库节点

1.2.1 垂直分片

垂直分片的核心是按业务功能或数据属性进行纵向拆分。它将一个包含多个字段的"宽表"或一个包含多张表的数据库，按照功能模块、访问频率、数据类型等维度，拆分成不同的数据库或表组

垂直分库
垂直分表

1.2.2 水平分片

水平分片的核心是按数据记录进行横向拆分。它将单张数据量过大的表，按照某种规则(如ID范围、哈希值、时间等)将数据行分散存储到多个结构相同的数据库或表中

水平分表 ：将原来一张表中的数据根据某种规则拆分到多个表中，将拆分出的多张表尽量放在同一个数据库，主要是避免跨库事务。水平分表后会有效降低 B+ 树高度，从而减少磁盘 I/O
水平分库 ：如果单表切分之后，单台服务器依然无法满足数据库性能要求，那么就需要将多个表分散在不同的数据库服务器上

1.3 读写分离和数据分片

2.实践方式 - 高性能架构模式

2.1 代码封装

代码侵入性强：分片逻辑与业务代码深度耦合
维护困难：分片逻辑散落在代码各处，难以统一管理。变更分片策略需要修改代码并重新发布

2.2 中间件封装

3.Apache ShardingSphere

Apache ShardingSphere 是一款开源的分布式数据库解决方案，旨在不替换底层数据库的前提下，通过插件化架构增强其数据处理与治理能力 。截止2026年1月，它一共推出ShardingSphere-JDBC和ShardingSphere-Proxy两款产品，分别面向不同的部署与使用场景

3.1 ShardingSphere-JDBC(了解)

定位为轻量级 Java 框架，在 Java 的 JDBC 层提供的额外服务

3.2 ShardingSphere-Proxy

定位为独立的透明化数据库代理服务。它通过原生实现数据库二进制网络协议，屏蔽了后端数据库集群的复杂性，为所有客户端提供一个统一的、标准的数据库访问入口(支持多种语言)

简单来说，可以将 ShardingSphere-Proxy 理解为一个"数据库网关"。应用程序和DBA像操作一个普通的、单点的MySQL服务器一样去操作它，而背后所有的数据分片、路由等分布式逻辑，则由Proxy完全在内部处理并隐藏

工作原理：

客户端发送 SQL 语句到 ShardingSphere-proxy。
ShardingSphere-proxy 接收 SQL 语句并解析操作类型，如select，insert，update，delete
基于操作类型、分片规则等条件，路由引擎会进行精准计算，确定该条 SQL 需要访问的具体物理分片(转发到底层真实的数据库节点)
底层真实数据库节点执行 SQL 语句，并将结果返回给 ShardingSphere-proxy。
ShardingSphere-proxy 合并不同数据节点返回的数据，并将最终结果返回给客户端

3.3 Dokcer安装ShardingSphere-Proxy

3.3.1 创建Docker容器

bash 复制代码

# -e JJVM_OPTS="-Xms256m -Xmx256m -Xmn128m" 
# 初始堆内存256m,量大堆内存256m,新生代内存128m
docker run -d \
-p 3307:3307 \
-v /org/shardingsphere/proxy/conf:/opt/shardingsphere-proxy/conf \
-v /org/shardingsphere/proxy/ext-lib:/opt/shardingsphere-proxy/ext-lib \
-v /org/shardingsphere/proxy/logs:/opt/shardingsphere-proxy/logs \
-e JVM_OPTS="-Xms256m -Xmx256m -Xmn128m" \
--name ss-proxy \
apache/shardingsphere-proxy:5.3.2

创建容器后还需要在conf和ext-lib目录下添加配置文件(yaml)和驱动程序(jar)。可以从Apache ShardingSphere官网下载二进制包，然后提取出配置文件，避免手动创建配置文件

下载链接 ：ShardingSphere-Proxy 二进制包

3.3.2 配置server.yaml

在conf目录下配置server.yaml

yaml 复制代码

mode:
  type: Standalone                    # 单机模式
authority:                            # 授权
  users:                              # 用户配置
    - user: root@%                    # 配置一个用户，用户名为root@%
      password: 123456                # 为用户指定密码
  privilege:                          # 权限
    type: ALL_PERMITTED               # 授予用户所有权限
props:                                # 属性配置
  sql-show: true                      # 显示执行的SQL语句
  proxy-mysql-default-version: 8.0.44 # MySQL版本号

3.3.3 上传MySQL驱动

ShardingSphere-Proxy 数据库代理服务连接 MySQL 数据库时，需要把 MySQL 驱动包放入宿主机映射扩展目录/ext-lib中

下载链接 ：mysql-connector-java-8.0.30.jar

3.3.4 日志配置

在conf目录下配置logback.xml

xml 复制代码

<?xml version="1.0"?>

<configuration>
    <!-- 日志输入到文件 -->
    <appender name="SHARDING_FILE" class="ch.qos.logback.core.rolling.RollingFileAppender">
	<!-- 日志路径 -->
	<file>./logs/shardingsphere.log</file>
	<encoder>
    	    <!-- 日志输入的样式 -->
	    <pattern>[%-5level] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger{36} - %msg%n</pattern>
	</encoder>
	<rollingPolicy
	    class="ch.qos.logback.core.rolling.TimeBasedRollingPolicy">
	    <fileNamePattern>shardingsphere.%d{yyyy-MMdd}.%i.log</fileNamePattern>
	    <timeBasedFileNamingAndTriggeringPolicy class="ch.qos.logback.core.rolling.SizeAndTimeBasedFNATP">
		<maxFileSize>100MB</maxFileSize>
	    </timeBasedFileNamingAndTriggeringPolicy>
	</rollingPolicy>
    </appender>

    <root level="INFO">
	<appender-ref ref="SHARDING_FILE" />
    </root>

</configuration>

3.3.5 测试连接

bash 复制代码

# 重新启动容器
docker restart ss-proxy
# 查看状态，启动成功
docker ps
# 指定主机和端口号进行连接
mysql -h127.0.0.1 -P3307 -uroot -p123456

4.实践 - 读写分离

4.1 架构图

4.2 服务器规划

数据库服务器	容器名	端口号
主服务器	org-mysql-master	53306
从服务器1	org-mysql-slave1	53307
从服务器2	org-mysql-slave2	53308

4.3 创建数据库服务器

参考深入解析MySQL(9)------主从复制架构详解创建一个主服务器和两个从服务器，并开启主从复制

4.4 配置读写分离

在/org/shardingsphere/proxy/conf目录下配置config-readwrite-splitting.yaml文件

yaml 复制代码

databaseName: org_proxy_db # shardingsphere中代理的库名

dataSources:
  write_ds: # 主节点，写服务器
    url: jdbc:mysql://YOUR_IP_ADDRESS:53306/org_db?characterEncoding=utf8&serverTimezone=Asia/Shanghai&allowPublicKeyRetrieval=true&useSSL=false
    username: root
    password: 123456
    connectionTimeoutMilliseconds: 30000 
    idleTimeoutMilliseconds: 60000
    maxLifetimeMilliseconds: 1800000
    maxPoolSize: 50
    minPoolSize: 1
  read_ds_0: # 从节点，读服务器
    url: jdbc:mysql://YOUR_IP_ADDRESS:53306/org_db?characterEncoding=utf8&serverTimezone=Asia/Shanghai&allowPublicKeyRetrieval=true&useSSL=false
    username: root
    password: 123456
    connectionTimeoutMilliseconds: 30000
    idleTimeoutMilliseconds: 60000
    maxLifetimeMilliseconds: 1800000
    maxPoolSize: 50
    minPoolSize: 1
  read_ds_1: # 从节点，读服务器
    url: jdbc:mysql://YOUR_IP_ADDRESS:53306/org_db?characterEncoding=utf8&serverTimezone=Asia/Shanghai&allowPublicKeyRetrieval=true&useSSL=false
    username: root
    password: 123456
    connectionTimeoutMilliseconds: 30000
    idleTimeoutMilliseconds: 60000
    maxLifetimeMilliseconds: 1800000
    maxPoolSize: 50
    minPoolSize: 1

rules:
- !READWRITE_SPLITTING # 读写分离
  dataSources:
    readwrite_ds:
      staticStrategy:
        writeDataSourceName: write_ds
        readDataSourceNames:
          - read_ds_0
          - read_ds_1
      loadBalancerName: random # 负载均衡策略名，必须与下面配置的名字一致
  loadBalancers:        # 分别为不的同负载均衡策略指定内置的类型
    random:             # 随机，与上面的负载均衡策略名对应
      type: RANDOM      # 内置类型， 固定为RANDOM
    round_robin:        # 轮询
      type: ROUND_ROBIN # 固定为ROUND_ROBIN
    weight:             # 权重
      type: WEIGHT      # 固定为WEIGHT
      props:
        read_ds_0: 2.0
        read_ds_1: 1.0

4.5 启动ShardinSphere

bash 复制代码

# 启动容器
docker start ss-proxy
# 查看容器是否启动成功
docker ps
# 连接ShardinSphere
mysql -h127.0.0.1 -P3307 -uroot -p

4.6 测试

bash 复制代码

# 进入容器
docker exec -it ss-proxy env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
# 查看ShardingSphere的实时日志，以实际目录和文件名为准
tail -f /opt/shardingsphere-proxy/logs/shardingsphere.log

操作数据库

sql 复制代码

mysql> use org_proxy_db;
Database changed
mysql> insert into t_user values (1,'张三'),(2,'李四'),(3,'王五');
Query OK, 3 rows affected (0.01 sec)

mysql> select * from t_user;
+----+--------+
| id | name   |
+----+--------+
|  1 | 张三   |
|  2 | 李四   |
|  3 | 王五   |
+----+--------+
3 rows in set (0.01 sec)

mysql> select * from t_user;
+----+--------+
| id | name   |
+----+--------+
|  1 | 张三   |
|  2 | 李四   |
|  3 | 王五   |
+----+--------+
3 rows in set (0.01 sec)

查看日志如果在事务中查询数据，所有的SQL操作都会被路由到主服务器，避免跨库事务

5.实践 - 垂直分片

5.1 架构图

5.2 服务器规划

数据库服务器	容器名	端口号
用户服务器	server-user	53310
订单服务器	server-order	53311

5.3 创建server-user容器

创建server-user容器

bash 复制代码

docker run -d \
-p 53310:3306 \
-v /org/mysql/user/conf:/etc/mysql/conf.d \
-v /org/mysql/user/mysql:/var/lib/mysql \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 \
--name server-user \
mysql:8.0.44

进入Docker容器

bash 复制代码

# 进入Docker容器
root@VM-0-7-ubuntu:~# docker exec -it server-user env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
# 运行Mysql客户端
bash-5.1# mysql -uroot -p

sql 复制代码

# 修改密码
mysql> set password = '123456';

创建数据库

sql 复制代码

create database if not exists user_db character set utf8mb4 collate utf8mb4_0900_ai_ci;
-- 选择数据库
use user_db;
-- 创建用户表
create table if not exists t_user (
  id bigint primary key auto_increment,
  name varchar(20)
);

5.4 创建server-order容器

创建server-order容器

bash 复制代码

docker run -d \
-p 53311:3306 \
-v /org/mysql/order/conf:/etc/mysql/conf.d \
-v /org/mysql/order/mysql:/var/lib/mysql \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 \
--name server-order \
mysql:8.0.44

进入Docker容器

bash 复制代码

# 进入Docker容器
root@VM-0-7-ubuntu:~# docker exec -it server-order env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
# 运行Mysql客户端
bash-5.1# mysql -uroot -p

sql 复制代码

# 修改密码
mysql> set password = '123456';

创建数据库

sql 复制代码

create database if not exists order_db character set utf8mb4 collate utf8mb4_0900_ai_ci;
-- 选择数据库
use order_db;
-- 创建订单表
create table if not exists t_order (
  id bigint primary key auto_increment,
  order_no varchar(30) comment '订单号',
  amount decimal(12, 2) comment '订单金额',
  user_id bigint comment '用户编号'
);

5.5 垂直分库配置

在/org/shardingsphere/proxy/conf目录下配置config-sharding.yaml文件

yaml 复制代码

databaseName: sharding_db

dataSources:
  server_user:
    url: jdbc:mysql://YOUR_IP_ADDRESS:53310/user_db?characterEncoding=utf8&serverTimezone=Asia/Shanghai&allowPublicKeyRetrieval=true&useSSL=false
    username: root
    password: 123456
    connectionTimeoutMilliseconds: 30000
    idleTimeoutMilliseconds: 60000
    maxLifetimeMilliseconds: 1800000
    maxPoolSize: 50
    minPoolSize: 1
  server_order:
    url: jdbc:mysql://YOUR_IP_ADDRESS:53311/order_db?characterEncoding=utf8&serverTimezone=Asia/Shanghai&allowPublicKeyRetrieval=true&useSSL=false
    username: root
    password: 123456
    connectionTimeoutMilliseconds: 30000
    idleTimeoutMilliseconds: 60000
    maxLifetimeMilliseconds: 1800000
    maxPoolSize: 50
    minPoolSize: 1

rules:
- !SHARDING
  tables:
    t_user:
      actualDataNodes: server_user.t_user
    t_order:
      actualDataNodes: server_order.t_order

5.6 启动ShardinSphere

bash 复制代码

# 启动容器
docker start ss-proxy
# 查看容器是否启动成功
docker ps
# 连接ShardinSphere
mysql -h127.0.0.1 -P3307 -uroot -p

6.实践 - 水平分片

6.1 架构图

水平分库 + 水平分表

6.2 服务器规划

数据库服务器	容器名	端口号
订单服务器	server-order0	63310
订单服务器	server-order1	63311

6.3 创建server-order容器

bash 复制代码

# 创建server-order0
docker run -d \
-p 63310:3306 \
-v /org/mysql/order0/conf:/etc/mysql/conf.d \
-v /org/mysql/order0/mysql:/var/lib/mysql \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 \
--name server-order0 \
--restart always \
mysql:8.0.44
# 创建server-order1
docker run -d \
-p 63311:3306 \
-v /org/mysql/order1/conf:/etc/mysql/conf.d \
-v /org/mysql/order1/mysql:/var/lib/mysql \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 \
--name server-order1 \
--restart always \
mysql:8.0.44

6.4 进入Docker容器

bash 复制代码

# 进入Docker容器
docker exec -it server-order0 env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
# docker exec -it server-order1 env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
# 运行Mysql客户端
mysql -uroot -p

sql 复制代码

# 修改root用户密码
mysql> set password = '123456';

6.5 创建数据库

sql 复制代码

-- 在两个Docker容器都执行相同的SQL语句
create database if not exists order_db character set utf8mb4 collate utf8mb4_0900_ai_ci;
-- 选择数据库
use order_db;
-- 创建订单表t_order0
create table if not exists t_order0 (
  id bigint primary key,
  order_no varchar(30) comment '订单号',
  amount decimal(12, 2) comment '订单金额',
  user_id bigint comment '用户编号'
);
-- 创建订单表t_order1
create table if not exists t_order1 (
  id bigint primary key,
  order_no varchar(30) comment '订单号',
  amount decimal(12, 2) comment '订单金额',
  user_id bigint comment '用户编号'
);

6.6 水平分片配置

yaml 复制代码

databaseName: sharding_db

dataSources:
  server_order0:
    url: jdbc:mysql://81.69.218.112:63310/order_db?characterEncoding=utf8&serverTimezone=Asia/Shanghai&allowPublicKeyRetrieval=true&useSSL=false
    username: root
    password: 123456
    connectionTimeoutMilliseconds: 30000
    idleTimeoutMilliseconds: 60000
    maxLifetimeMilliseconds: 1800000
    maxPoolSize: 50
    minPoolSize: 1
  server_order1:
    url: jdbc:mysql://81.69.218.112:63311/order_db?characterEncoding=utf8&serverTimezone=Asia/Shanghai&allowPublicKeyRetrieval=true&useSSL=false
    username: root
    password: 123456
    connectionTimeoutMilliseconds: 30000
    idleTimeoutMilliseconds: 60000
    maxLifetimeMilliseconds: 1800000
    maxPoolSize: 50
    minPoolSize: 1

rules:
- !SHARDING
  tables:
    t_order:
      actualDataNodes: server_order${0..1}.t_order${0..1}
      databaseStrategy: # 分库策略
        standard: # 用于单分片键的标准分片场景
          shardingColumn: user_id #分片列名称
          shardingAlgorithmName: alg_db_inline_userid # 分片算法名称
      tableStrategy: #分表策略
        standard:
          shardingColumn: order_no # 分片列名称
          shardingAlgorithmName: alg_hash_mod # 分片算法名称
  # 配置分片算法
  shardingAlgorithms:
    alg_db_inline_userid:
      type: INLINE
      props:
        algorithm-expression: server_order${user_id % 2} # 分片算法，根据user_id对2取模       
    alg_hash_mod:
      type: HASH_MOD
      props:
        sharding-count: 2

6.7 启动ShardinSphere

bash 复制代码

# 启动容器
docker start ss-proxy
# 查看容器是否启动成功
docker ps
# 连接ShardinSphere
mysql -h127.0.0.1 -P3307 -uroot -p

6.8 测试

bash 复制代码

# 进入容器
docker exec -it ss-proxy env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
# 查看ShardingSphere的实时日志，以实际目录和文件名为准
tail -f /opt/shardingsphere-proxy/logs/shardingsphere.log

sql 复制代码

-- 路由到 server-order1
insert into t_order (id, order_no, user_id, amount) values (1, 'BIT001', 1,20.00);
insert into t_order (id, order_no, user_id, amount) values (2, 'BIT002', 1,20.00);
insert into t_order (id, order_no, user_id, amount) values (3, 'BIT003', 1,20.00);
insert into t_order (id, order_no, user_id, amount) values (4, 'BIT004', 1,20.00);
-- 路由到 server-order0
insert into t_order (id, order_no, user_id, amount) values (1, 'BIT001', 2,20.00);
insert into t_order (id, order_no, user_id, amount) values (2, 'BIT002', 2,20.00);
insert into t_order (id, order_no, user_id, amount) values (3, 'BIT003', 2,20.00);
insert into t_order (id, order_no, user_id, amount) values (4, 'BIT004', 2,20.00);