什么是数据库分片？

组织使用数据库分片获得以下好处：

缩短响应时间

单个大型数据库的数据检索需要更长的时间。数据库管理系统需要搜索许多行才能检索到正确的数据。相比之下，数据分片的行数少于整个数据库。因此，从分片数据库中检索特定信息或运行查询所需的时间更短。 

避免服务完全中断

如果托管数据库的计算机出现故障，那么依赖数据库的应用程序也会失败。数据库分片通过将数据库的一部分分发到不同的计算机来防止这种情况。其中一台计算机出现故障不会关闭应用程序，因为它可以与其他功能分片一起运行。 分片通常还与跨分片的数据复制结合使用。因此，如果一个分片不可用，则可以从备用分片访问和还原数据。

高效扩展

不断增长的数据库会消耗更多计算资源，并最终达到存储容量。组织可以使用数据库分片来添加更多计算资源，以支持数据库扩展。他们可以在运行时添加新的分片，而无需关闭应用程序进行维护。

数据库分片方法对分片键应用不同的规则，以确定特定数据行的正确节点。以下是常见的分片架构。

基于范围的分片

基于范围的分片（或动态分片）根据值的范围拆分数据库行。然后，数据库设计人员将分片键分配给相应的范围。例如，数据库设计人员根据客户名称中的第一个字母对数据进行分区，如下所示。 

 

名称	分片键
以 A 开头到以 I 开头	A
以 J 开头到以 S 开头	B
以 T 开头到以 Z 开头	C

 

在将客户记录写入数据库时，应用程序会通过检查客户的名称确定正确的分片键。然后，应用程序将键与其物理节点进行匹配，并将该行存储在该计算机上。同样，应用程序在搜索特定记录时执行反向匹配。

优点和缺点

根据数据值，基于范围的分片可能会导致单个物理节点上的数据过载。在我们的示例中，分片 A（包含以 A 开头到以 I 开头的名称）包含的数据行数可能比分片 C（包含以 T 开头到以 Z 开头的名称）多得多。但是，它更容易实现。

哈希分片

哈希分片通过使用称为哈希函数的数学公式将分片键分配给数据库的每一行。哈希函数从行中获取信息并生成哈希值。应用程序使用哈希值作为分片键，并将信息存储在相应的物理分片中。

软件开发人员使用哈希分片在多个分片之间均匀分布数据库中的信息。例如，该软件将客户记录分成两个分片，其替代哈希值分别为 1 和 2。 

名称	哈希值
John	1
Jane	2
Paulo	1
Wang	2

优点和缺点

尽管哈希分片会导致物理分片之间的数据分布均匀，但它不会根据信息的含义来分离数据库。因此，在向计算环境中添加更多物理分片时，软件开发人员可能会遇到重新分配哈希值的困难。 

目录分片

目录分片使用查找表将数据库信息与相应的物理分片进行匹配。查找表类似于电子表格中的表，它将数据库列与分片键关联。例如，下图显示了服装颜色的查找表。

颜色	分片键
蓝色	A
红光	B
黄色	C
黑色	D

当应用程序将服装信息存储在数据库中时，它会参考查找表。如果一件衣服是蓝色的，应用程序会将信息存储在相应的分片中。 

优点和缺点

软件开发人员之所以使用目录分片，是因为它非常灵活。每个分片都是数据库的有意义的表示，不受范围的限制。但是，如果查找表包含错误信息，目录分片会失败。 

地理分片

地理分片根据地理位置拆分和存储数据库信息。例如，一个约会服务网站使用数据库存储来自各个城市的客户信息，如下所示。 

名称	分片键
John	加利福尼亚州
Jane	华盛顿州
Paulo	亚利桑那州

软件开发人员使用城市作为分片键。他们将每个客户的信息存储在地理位置位于相应城市的物理分片中。 

优点和缺点

由于分片与提出请求的客户之间的距离较短，因此地理分片允许应用程序更快地检索信息。如果数据访问模式主要基于地理位置，则效果很好。但是，地理分片也可能导致数据分布不均匀。 

数据库分片是一种横向扩缩策略，它分配额外的节点或计算机来共享应用程序的工作负载。由于其容错架构，组织可以从横向扩缩中受益。当一台计算机出现故障时，其他计算机将继续运行而不会中断。数据库设计人员通过在多个服务器之间分布逻辑分片来减少停机时间。 

不过，分片是几种数据库扩缩策略中的一种。探索其他技术并了解它们之间的差别。

纵向扩缩

纵向扩缩可提高单台计算机的计算能力。例如，IT 团队向数据库服务器添加 CPU、RAM 和硬盘来处理不断增加的流量。 

数据库分片与纵向扩缩的对比

纵向扩缩的成本较低，但可以纵向扩缩的计算资源是有限的。同时，作为一种横向扩缩策略，分片更易于实施。例如，IT 团队安装多台计算机，而不是升级旧的计算机硬件。

复制

复制是一种制作数据库的精确副本并将其存储在不同计算机上的技术。数据库设计人员使用复制来设计容错的关系数据库管理系统。当其中一台托管数据库的计算机出现故障时，其他副本仍可运行。复制是分布式计算系统中的常见做法。

数据库分片与复制的对比

数据库分片不会创建相同信息的副本。相反，它将一个数据库拆分为多个部分，并将它们存储在不同的计算机上。与复制不同，数据库分片不会带来高可用性。 分片可以与复制结合使用，以实现可扩展性和高可用性。

在某些情况下，数据库分片可能包含特定数据集的复制。例如，向美国和欧洲客户销售产品的零售商店，可能会将尺寸转换表的副本存储在两个区域的不同分片上。应用程序可以使用转换表的重复副本来转换测量尺寸，而无需访问其他数据库服务器。 

分区

分区是将数据库表拆分为多个组的过程。分区分为两种类型： 

• 水平分区将数据库按行拆分。
• 垂直分区会为数据库列创建不同的分区。 

数据库分片和分区的对比

数据库分片类似于水平分区。这两个进程都将数据库拆分为多组唯一的行。分区将所有数据组存储在同一台计算机上，但数据库分片将它们分布在不同的计算机上。

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