Apache ShardingSphere 高性能架构实践：读写分离与分片详解

水平分表：将一张表的数据拆分到多张表中，尽量放在同一数据库以避免跨库事务。有效降低 B+ 树高度，减少磁盘 I/O。

1.3 读写分离和数据分片结合

2. 实践方式 - 高性能架构模式

2.1 代码封装

直接将分片逻辑写在业务代码中，侵入性强，维护困难。变更策略需修改代码并重新发布。

2.2 中间件封装

通过中间件统一管理分片逻辑，应用层无感知。

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数据处理与治理能力。目前主要提供 ShardingSphere-JDBC 和 ShardingSphere-Proxy 两款产品。

3.1 ShardingSphere-JDBC

定位为轻量级 Java 框架，在 JDBC 层提供额外服务。

3.2 ShardingSphere-Proxy

定位为独立的透明化数据库代理服务。通过原生实现数据库二进制网络协议，屏蔽后端集群复杂性，为客户端提供统一入口（支持多种语言）。可理解为'数据库网关'，应用程序像操作普通 MySQL 一样操作它，分布式逻辑由 Proxy 内部处理。

工作原理：

1. 客户端发送 SQL 到 ShardingSphere-Proxy。
2. Proxy 解析 SQL 类型（select, insert 等）。
3. 路由引擎根据分片规则计算目标物理分片。
4. 转发至底层真实数据库执行，返回结果。
5. Proxy 合并数据并返回给客户端。

3.3 Docker 安装 ShardingSphere-Proxy

3.3.1 创建 Docker 容器

# 启动容器，挂载配置、扩展库及日志目录
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

创建后需在 conf 和 ext-lib 目录下添加配置文件（yaml）和驱动包（jar）。建议从官网下载二进制包提取配置，避免手动编写。

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：

mode:
  type: Standalone # 单机模式
authority:
  users:
    - root@%: # 用户名
      password: 123456 # 密码
  privilege:
    type: ALL_PERMITTED # 授予所有权限
props:
  sql-show: true # 显示执行的 SQL
  proxy-mysql-default-version: 8.0.44 # MySQL 版本号

3.3.3 上传 MySQL 驱动

连接 MySQL 时，需将驱动包放入宿主机映射的 /ext-lib 目录。 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 version="1.0"?>
<configuration>
  <appender name="SHARDING_FILE" class="ch.qos.logback.core.rolling.RollingFileAppender">
    <file>./logs/shardingsphere.log</file>
    <encoder>
      <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

# 重启容器
docker restart ss-proxy
# 查看状态
docker ps
# 连接测试
mysql -h 127.0.0.1 -P 3307 -u root -p123456

4. 实践 - 读写分离

4.1 架构图

4.2 服务器规划

4.3 创建数据库服务器

参考相关文档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：

databaseName: org_proxy_db
dataSources:
  write_ds:
    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:
    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:
    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
    dataSources:
      readwrite_ds:
        staticStrategy:
          writeDataSourceName: write_ds
          readDataSourceNames:
            - read_ds_0
            - read_ds_1
        loadBalancerName: random
    loadBalancers:
      random:
        type: RANDOM
      round_robin:
        type: ROUND_ROBIN
      weight:
        type: WEIGHT
        props:
          read_ds_0: 2.0
          read_ds_1: 1.0

4.5 启动 ShardingSphere

# 启动容器
docker start ss-proxy
# 查看状态
docker ps
# 连接测试
mysql -h 127.0.0.1 -P 3307 -u root -p

4.6 测试

# 进入容器查看实时日志
docker exec -it ss-proxy env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
tail -f /opt/shardingsphere-proxy/logs/shardingsphere.log

查看日志输出确认路由情况。

注意：如果在事务中查询数据，所有 SQL 操作都会被路由到主服务器，避免跨库事务问题。

操作数据库：

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)

5. 实践 - 垂直分片

5.1 架构图

5.2 服务器规划

5.3 创建 server-user 容器

创建数据库：

CREATE DATABASE IF NOT EXISTS user_db CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci;
USE user_db;
CREATE TABLE IF NOT EXISTS t_user (
  id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  name VARCHAR(20)
);

进入 Docker 容器：

docker exec -it server-user env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
mysql -uroot -p
SET PASSWORD = '123456';

创建容器：

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

5.4 创建 server-order 容器

创建数据库：

CREATE DATABASE IF NOT EXISTS order_db CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci;
USE order_db;
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'
);

进入 Docker 容器：

docker exec -it server-order env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
mysql -uroot -p
SET PASSWORD = '123456';

创建容器：

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

5.5 垂直分库配置

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

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 ShardingSphere

docker start ss-proxy
docker ps
mysql -h 127.0.0.1 -P 3307 -u root -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

6.3 创建 server-order 容器

# 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

docker exec -it server-order0 env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
mysql -uroot -p
SET PASSWORD = '123456';

6.5 创建数据库

在两个容器中执行相同 SQL：

CREATE DATABASE IF NOT EXISTS order_db CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci;
USE order_db;
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'
);
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

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:
          standard:
            shardingColumn: user_id
            shardingAlgorithmName: alg_db_inline_userid
        tableStrategy:
          standard:
            shardingColumn: order_no
            shardingAlgorithmName: alg_hash_mod
    shardingAlgorithms:
      alg_db_inline_userid:
        type: INLINE
        props:
          algorithm-expression: server_order${user_id % 2}
      alg_hash_mod:
        type: HASH_MOD
        props:
          sharding-count: 2

6.7 启动 ShardingSphere

docker start ss-proxy
docker ps
mysql -h 127.0.0.1 -P 3307 -u root -p

6.8 测试

docker exec -it ss-proxy env LANG=C.UTF-8 /bin/bash
tail -f /opt/shardingsphere-proxy/logs/shardingsphere.log

路由测试：

-- 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);