Sharding-JDBC之ComplexKeysShardingAlgorithm（复合分片算法）

一、简介

  实际工作中，按时间分片的比较多，但是也有些特殊的分片，不只是用到一个字段，可能会多个字段，这个时候就要用到复合分片算法来实现了 ComplexKeysShardingAlgorithm 。

  我也是偷懒，不想设计其他的表了，就用以前的表结构来完成，我们就以用户id和金额分表。本文示例大概架构如下图：

例子没很大的实用性，你可以扩展为一个平台很多商户，同一个商户的交易按月分表，也是没问题的，但是我们学习的是思路。

二、maven依赖

pom.xml

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parentartifactId>
        <version>2.6.0version>
        <relativePath/> 
    parent>
    <groupId>com.aliangroupId>
    <artifactId>sharding-jdbcartifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOTversion>
    <name>sharding-jdbcname>
    <description>sharding-jdbcdescription>

    <properties>
        <java.version>1.8java.version>
    properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-webartifactId>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-jpaartifactId>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.apache.shardingspheregroupId>
            <artifactId>sharding-jdbc-spring-boot-starterartifactId>
            <version>4.1.1version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>com.alibabagroupId>
            <artifactId>druidartifactId>
            <version>1.2.15version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>mysqlgroupId>
            <artifactId>mysql-connector-javaartifactId>
            <version>8.0.26version>
            <scope>runtimescope>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-testartifactId>
            <scope>testscope>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.projectlombokgroupId>
            <artifactId>lombokartifactId>
            <version>1.18.20version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>junitgroupId>
            <artifactId>junitartifactId>
            <version>4.12version>
            <scope>testscope>
        dependency>

    dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.bootgroupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-pluginartifactId>
            plugin>
        plugins>
    build>

project>

  有些小伙伴的 druid 可能用的是 druid-spring-boot-starter

<dependency>
    <groupId>com.alibabagroupId>
    <artifactId>druid-spring-boot-starterartifactId>
    <version>1.2.6version>
dependency>

  然后出现可能使用不了的各种问题，这个时候你只需要在主类上添加 @SpringBootApplication(exclude = {DruidDataSourceAutoConfigure.class}) 即可

package com.alian.shardingjdbc;

import com.alibaba.druid.spring.boot.autoconfigure.DruidDataSourceAutoConfigure;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication(exclude = {DruidDataSourceAutoConfigure.class})
@SpringBootApplication
public class ShardingJdbcApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ShardingJdbcApplication.class, args);
    }

}

三、数据库

3.1、创建数据库

CREATE DATABASE `sharding_12` DEFAULT CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci;

3.2、创建表

  在数据库sharding_12创建表：tb_order_00、tb_order_01、tb_order_02，三者的结构是一样的：

CREATE TABLE `tb_order_00` (
  `order_id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '主键',
  `user_id` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '用户id',
  `price` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '价格（单位：分）',
  `order_status` tinyint unsigned NOT NULL DEFAULT '1' COMMENT '订单状态(1:待付款,2:已付款,3:已取消)',
  `order_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
  `title` varchar(100)  NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '订单标题',
  PRIMARY KEY (`order_id`),
  KEY `idx_user_id` (`user_id`),
  KEY `idx_order_time` (`order_time`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='订单表';

CREATE TABLE `tb_order_01` (
  `order_id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '主键',
  `user_id` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '用户id',
  `price` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '价格（单位：分）',
  `order_status` tinyint unsigned NOT NULL DEFAULT '1' COMMENT '订单状态(1:待付款,2:已付款,3:已取消)',
  `order_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
  `title` varchar(100)  NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '订单标题',
  PRIMARY KEY (`order_id`),
  KEY `idx_user_id` (`user_id`),
  KEY `idx_order_time` (`order_time`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='订单表';

CREATE TABLE `tb_order_02` (
  `order_id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '主键',
  `user_id` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '用户id',
  `price` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '价格（单位：分）',
  `order_status` tinyint unsigned NOT NULL DEFAULT '1' COMMENT '订单状态(1:待付款,2:已付款,3:已取消)',
  `order_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
  `title` varchar(100)  NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '订单标题',
  PRIMARY KEY (`order_id`),
  KEY `idx_user_id` (`user_id`),
  KEY `idx_order_time` (`order_time`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='订单表';

为了说明 ComplexKeysShardingAlgorithm 算法，我假设有个这样的需求（实际中应该不会有，这里只是演示），生成的订单规则如下：

• userId和price一个奇数一个偶数 tb_order_00
• userId和price都是奇数的订单都存到 tb_order_01
• userId和price都是偶数的订单都存到 tb_order_02

很明显，这样分表的字段就是多个了，userId和price，那我们看怎么实现的

四、配置（二选一）

4.1、properties配置

application.properties

server.port=8899
server.servlet.context-path=/sharding-jdbc

# 允许定义相同的bean对象去覆盖原有的
spring.main.allow-bean-definition-overriding=true
# 数据源名称，多数据源以逗号分隔
spring.shardingsphere.datasource.names=ds1
# sharding_1数据库连接池类名称
spring.shardingsphere.datasource.ds1.type=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
# sharding_1数据库驱动类名
spring.shardingsphere.datasource.ds1.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver
# sharding_1数据库url连接
spring.shardingsphere.datasource.ds1.url=jdbc:mysql://192.168.0.129:3306/sharding_12?serverTimezone=GMT%2B8&characterEncoding=utf8&useUnicode=true&useSSL=false&zeroDateTimeBehavior=CONVERT_TO_NULL&autoReconnect=true&allowMultiQueries=true&failOverReadOnly=false&connectTimeout=6000&maxReconnects=5
# sharding_1数据库用户名
spring.shardingsphere.datasource.ds1.username=alian
# sharding_1数据库密码
spring.shardingsphere.datasource.ds1.password=123456

# 指定库分片策略
spring.shardingsphere.sharding.default-data-source-name=ds1
# 指定tb_order表的数据分布情况，配置数据节点，使用Groovy的表达式
spring.shardingsphere.sharding.tables.tb_order.actual-data-nodes=ds1.tb_order_0$->{0..2}

# 采用标准分片策略：ComplexKeysShardingAlgorithm
# 指定tb_order表的分片策略中的分片键
spring.shardingsphere.sharding.tables.tb_order.table-strategy.complex.sharding-columns=user_id,price
# 指定tb_order表的分片策略中的分片算法全类路径的名称
spring.shardingsphere.sharding.tables.tb_order.table-strategy.complex.algorithm-class-name=com.alian.shardingjdbc.algorithm.OrderComplexShardingAlgorithm

# 指定tb_order表的主键为order_id
spring.shardingsphere.sharding.tables.tb_order.key-generator.column=order_id
# 指定tb_order表的主键生成策略为SNOWFLAKE
spring.shardingsphere.sharding.tables.tb_order.key-generator.type=SNOWFLAKE
# 指定雪花算法的worker.id
spring.shardingsphere.sharding.tables.tb_order.key-generator.props.worker.id=100
# 指定雪花算法的max.tolerate.time.difference.milliseconds
spring.shardingsphere.sharding.tables.tb_order.key-generator.props.max.tolerate.time.difference.milliseconds=20

# 打开sql输出日志
spring.shardingsphere.props.sql.show=true

4.2、yml配置

application.yml

server:
  port: 8899
  servlet:
    context-path: /sharding-jdbc

spring:
  main:
    # 允许定义相同的bean对象去覆盖原有的
    allow-bean-definition-overriding: true
  shardingsphere:
    props:
      sql:
       # 打开sql输出日志
       show: true
    datasource:
      # 数据源名称，多数据源以逗号分隔
      names: ds1
      ds1:
        # 数据库连接池类名称
        type: com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
        # 数据库驱动类名
        driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
        # 数据库url连接
        url: jdbc:mysql://192.168.0.129:3306/sharding_12?serverTimezone=GMT%2B8&characterEncoding=utf8&useUnicode=true&useSSL=false&zeroDateTimeBehavior=CONVERT_TO_NULL&autoReconnect=true&allowMultiQueries=true&failOverReadOnly=false&connectTimeout=6000&maxReconnects=5
        # 数据库用户名
        username: alian
        # 数据库密码
        password: 123456
    sharding:
      # 未配置分片规则的表将通过默认数据源定位
      default-data-source-name: ds1
      tables:
        tb_order:
          # 由数据源名 + 表名组成，以小数点分隔。多个表以逗号分隔，支持inline表达式
          actual-data-nodes: ds1.tb_order_0$->{0..2}
          # 分表策略
          table-strategy:
            complex:
              # 分片键
              sharding-columns: user_id,price
              # 复合分片算法
              algorithm-class-name: com.alian.shardingjdbc.algorithm.OrderComplexShardingAlgorithm
          # key生成器
          key-generator:
            # 自增列名称，缺省表示不使用自增主键生成器
            column: order_id
            # 自增列值生成器类型，缺省表示使用默认自增列值生成器（SNOWFLAKE/UUID）
            type: SNOWFLAKE
            # SnowflakeShardingKeyGenerator
            props:
              # SNOWFLAKE算法的worker.id
              worker:
                id: 100
              # SNOWFLAKE算法的max.tolerate.time.difference.milliseconds
              max:
                tolerate:
                  time:
                    difference:
                      milliseconds: 20

• actual-data-nodes 使用Groovy的表达式 就是表示上面创建的表
• 通过复合分片策略完成分表，分片键是： user_id 、 price
• table-strategy 采用的是 复合分片策略 ，算法实现类是我们自定义的类 com.alian.shardingjdbc.algorithm.OrderComplexShardingAlgorithm ；
• key-generator ：key生成器，需要指定字段和类型，比如这里如果是SNOWFLAKE，最好也配置下props中的两个属性： worker.id 与 max.tolerate.time.difference.milliseconds 属性

五、复合分片算法

  具体的算法实现如下：

OrderComplexShardingAlgorithm.java

package com.alian.shardingjdbc.algorithm;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.shardingsphere.api.sharding.complex.ComplexKeysShardingAlgorithm;
import org.apache.shardingsphere.api.sharding.complex.ComplexKeysShardingValue;

import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Map;

@Slf4j
public class OrderComplexShardingAlgorithm implements ComplexKeysShardingAlgorithm<Integer> {

    private static final DateTimeFormatter FORMATTER = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMM");

    @Override
    public Collection<String> doSharding(Collection<String> availableTargetNames, ComplexKeysShardingValue<Integer> shardingValue) {
        Collection<String> result = new ArrayList<>();

        Map<String, Collection<Integer>> shardingValuesMap = shardingValue.getColumnNameAndShardingValuesMap();

        Collection<Integer> userIds = shardingValuesMap.get("user_id");
        Collection<Integer> prices = shardingValuesMap.get("price");
        for (Integer userId : userIds) {
            for (Integer price : prices) {
                String suffix;
                if (userId % 2 == 1 && price % 2 == 1) {
                    // 奇数
                    suffix = "01";
                } else if (userId % 2 == 0 && price % 2 == 0) {
                    // 偶数
                    suffix = "02";
                } else {
                    // 1奇数1偶数
                    suffix = "00";
                }
                for (String targetName : availableTargetNames) {
                    if (targetName.endsWith("_" + suffix)) { // 按照分片值选择目标表
                        result.add(targetName);
                    }
                }
            }
        }
        return result;
    }

}

  我们是按照订单时间进行分表的，实际使用也很简单，插入数据时实现接口 OrderComplexShardingAlgorithm 。然后重写方法 doSharding ，这个方法会有两个参数，第一个就是物理表的集合，第二个是分片对象。但是有人就会说，你这里正好两个字段都是同一个类型，而我们实际中，可能是多种类型，比如String、Long、Integer、Date等，按照这个写法，不是这个类型的就取不到值了，如果你是你说的这种情况，你就把上面的代码改造下，把类型改成 > ，然后就自己转类型，别说你自己都不知道类型，具体见下面代码。

package com.alian.shardingjdbc.algorithm;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.shardingsphere.api.sharding.complex.ComplexKeysShardingAlgorithm;
import org.apache.shardingsphere.api.sharding.complex.ComplexKeysShardingValue;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Map;

@Slf4j
public class ComparableOrderComplexShardingAlgorithm implements ComplexKeysShardingAlgorithm<Comparable<?>> {

    @Override
    public Collection<String> doSharding(Collection<String> availableTargetNames, ComplexKeysShardingValue<Comparable<?>> shardingValue) {
        Collection<String> result = new ArrayList<>();

        Map<String, Collection<Comparable<?>>> shardingValuesMap = shardingValue.getColumnNameAndShardingValuesMap();

        Collection<?> userIds = shardingValuesMap.get("user_id");
        Collection<?> prices = shardingValuesMap.get("price");
//        Collection orderTimes = shardingValuesMap.get("order_time");
        for (Object userIdObj : userIds) {
            for (Object priceObj : prices) {
                String suffix;
                int userId = Integer.parseInt(userIdObj + "");
                int price = Integer.parseInt(priceObj + "");
                if (userId % 2 == 1 && price % 2 == 1) {
                    // 奇数
                    suffix = "01";
                } else if (userId % 2 == 0 && price % 2 == 0) {
                    // 偶数
                    suffix = "02";
                } else {
                    // 1奇数1偶数
                    suffix = "00";
                }
                for (String targetName : availableTargetNames) {
                    if (targetName.endsWith("_" + suffix)) { // 按照分片值选择目标表
                        result.add(targetName);
                    }
                }
            }
        }
        return result;
    }

}

六、实现

6.1、实体层

Order.java

@Data
@Entity
@Table(name = "tb_order")
public class Order implements Serializable {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    @Column(name = "order_id")
    private Long orderId;

    @Column(name = "user_id")
    private Integer userId;

    @Column(name = "price")
    private Integer price;

    @Column(name = "order_status")
    private Integer orderStatus;

    @Column(name = "title")
    private String title;

    @JsonFormat(pattern = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss")
    @Column(name = "order_time")
    private LocalDateTime orderTime;

}

6.2、持久层

OrderRepository.java

public interface OrderRepository extends PagingAndSortingRepository<Order, Long> {

    /**
     * 根据userId和金额查询订单
     *
     * @param userId
     * @param price
     * @return
     */
    List<Order> findByUserIdAndPrice(int userId, int price);
}

6.3、服务层

OrderService.java

@Slf4j
@Service
public class OrderService {

    @Autowired
    private OrderRepository orderRepository;

    public void saveOrder(Order order) {
        orderRepository.save(order);
    }


    public List<Order> findByUserIdAndPrice(int userId, int price) {
        return orderRepository.findByUserIdAndPrice(userId, price);
    }
}

6.4、测试类

OrderTests.java

@Slf4j
@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@SpringBootTest
public class OrderTests {

    @Autowired
    private OrderService orderService;

    @Test
    public void saveOrder() {

        // 创建20条订单记录
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Order order = new Order();
//            order.setOrderId(System.currentTimeMillis());
            // 随机生成1000到1009的用户id
            int userId = (int) Math.round(Math.random() * (1009 - 1000) + 1000);
            order.setUserId(userId);
            // 随机生成50到100的金额
            int price = (int) Math.round(Math.random() * (10000 - 5000) + 5000);
            order.setPrice(price);
            order.setOrderStatus(2);
            order.setOrderTime(LocalDateTime.now());
            order.setTitle("");
            orderService.saveOrder(order);
        }
    }

    @Test
    public void queryOrder() {
        List<Order> order = orderService.findByUserIdAndPrice(1002,9860);
        log.info("查询的结果：{}", order);
    }

}

我们插入数据时，采用随机时间插入，具体时间生成见测试类。

效果图：

  从上面的数据来看，满足我们分库分表的要求的，实现都是基于我们自定义的算法实现。

6.4.2、根据时间范围查询订单

13:09:39 403 INFO [main]:Actual SQL: ds1 ::: select order0_.order_id as order_id1_0_, order0_.order_status as order_st2_0_, order0_.order_time as order_ti3_0_, order0_.price as price4_0_, order0_.title as title5_0_, order0_.user_id as user_id6_0_ from tb_order_02 order0_ where order0_.user_id=? and order0_.price=? ::: [1002, 9860]
13:09:39 463 INFO [main]:查询的结果：[Order(orderId=940934509405552641, userId=1002, price=9860, orderStatus=2, title=, orderTime=2023-12-11T11:37:49)]

通过语句查询：

(SELECT *,'tb_order_00' FROM sharding_12.tb_order_00
where user_id=1002  and price=9860)
union all
(SELECT *,'tb_order_01' FROM sharding_12.tb_order_01
where user_id=1002  and price=9860)
union all
(SELECT *,'tb_order_02' FROM sharding_12.tb_order_02
where user_id=1002  and price=9860)

数据库校验：