.Net使用分表分庫(kù)框架ShardingCore實(shí)現(xiàn)多字段分片

更新時(shí)間：2021年12月27日 15:27:15 作者：薛家明

本文詳細(xì)講解了.Net使用分表分庫(kù)框架ShardingCore實(shí)現(xiàn)多字段分片的方法，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

介紹

本期主角:ShardingCore 一款ef-core下高性能、輕量級(jí)針對(duì)分表分庫(kù)讀寫分離的解決方案，具有零依賴、零學(xué)習(xí)成本、零業(yè)務(wù)代碼入侵

dotnet下唯一一款全自動(dòng)分表,多字段分表框架,擁有高性能,零依賴、零學(xué)習(xí)成本、零業(yè)務(wù)代碼入侵,并且支持讀寫分離動(dòng)態(tài)分表分庫(kù),同一種路由可以完全自定義的新星組件,通過(guò)本框架你不但可以學(xué)到很多分片的思想和技巧,并且更能學(xué)到Expression的奇思妙用

你的star和點(diǎn)贊是我堅(jiān)持下去的最大動(dòng)力,一起為.net生態(tài)提供更好的解決方案

項(xiàng)目地址

github地址 https://github.com/xuejmnet/sharding-core

gitee地址 https://gitee.com/dotnetchina/sharding-core

背景

直接開(kāi)門見(jiàn)山,你有沒(méi)有這種情況你需要將一批數(shù)據(jù)用時(shí)間分片來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)比如訂單表,訂單表的分片字段是訂單的創(chuàng)建時(shí)間,并且id是雪花id，訂單編號(hào)是帶時(shí)間信息的編號(hào),因?yàn)?net下的所有分片方案幾乎都是只支持單分片字段,所以當(dāng)我們不使用分片字段查詢也就是訂單創(chuàng)建時(shí)間查詢的話會(huì)帶來(lái)全表查詢,導(dǎo)致性能下降,譬如我想用雪花id或者訂單編號(hào)進(jìn)行查詢，但是帶來(lái)的卻是內(nèi)部低效的結(jié)果,針對(duì)這種情況是否有一個(gè)好的解決方案呢,有但是需要侵入業(yè)務(wù)代碼,根據(jù)雪花id或者訂單編號(hào)進(jìn)行解析出對(duì)應(yīng)的時(shí)間然后手動(dòng)指定分片前提是框架支持手動(dòng)指定.基于上述原因ShardingCore 帶來(lái)了全新版本 x.3.2.x+ 支持多字段分片路由,并且擁有很完美的實(shí)現(xiàn),廢話不多說(shuō)我們直接開(kāi)始吧?。。。。。。。。。?！

原理

我們現(xiàn)在假定一個(gè)很簡(jiǎn)單的場(chǎng)景,依然是訂單時(shí)間按月分片,查詢進(jìn)行如下語(yǔ)句

//這邊演示不使用雪花id因?yàn)檠┗╥d很難在演示中展示所以使用訂單編號(hào)進(jìn)行演示格式:yyyyMMddHHmmss+new Random().Next(0,10000).ToString().PadLeft(4,'0')
            var dateTime = new DateTime(2021, 11, 1);
            var order = await _myDbContext.Set<Order>().Where(o => o.OrderNo== 202112201900001111&&o.CreateTime< dateTime).FirstOrDefaultAsync();

上述語(yǔ)句OrderNo會(huì)查詢Order_202112這張表，然后時(shí)間索引會(huì)查詢......Order_202108、Order_202109、Order_202110,然后兩者取一個(gè)交集我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)是沒(méi)有結(jié)果的,這個(gè)時(shí)候應(yīng)該是返回默認(rèn)值null或者直接報(bào)錯(cuò)

這就是一個(gè)簡(jiǎn)單的原理

直接開(kāi)始

接下來(lái)我將用訂單編號(hào)和創(chuàng)建時(shí)間來(lái)為大演示,數(shù)據(jù)庫(kù)采用sqlserver(你也可以換成任意efcore支持的數(shù)據(jù)庫(kù)),其中編號(hào)格式y(tǒng)yyyMMddHHmmss+new Random().Next(0,10000).ToString().PadLeft(4,'0'),創(chuàng)建時(shí)間是DateTime格式并且創(chuàng)建時(shí)間按月分表,這邊不采用雪花id是因?yàn)檠┗╥d的實(shí)現(xiàn)會(huì)根據(jù)workid和centerid的不一樣而出現(xiàn)不一樣的效果,接下來(lái)我們通過(guò)簡(jiǎn)單的5步操作實(shí)現(xiàn)多字段分片

添加依賴

首先我們添加兩個(gè)依賴,一個(gè)是ShardingCore一個(gè)EFCore.SqlServer

//請(qǐng)安裝最新版本目前x.3.2.x+,第一個(gè)版本號(hào)6代表efcore的版本號(hào)
Install-Package ShardingCore -Version 6.3.2

Install-Package Microsoft.EntityFrameworkCore.SqlServer -Version 6.0.1

創(chuàng)建一個(gè)訂單對(duì)象

    public class Order
    {
        public string Id { get; set; }
        public string OrderNo { get; set; }
        public string Name { get; set; }
        public DateTime CreateTime { get; set; }
    }

創(chuàng)建DbContext

這邊就簡(jiǎn)單的創(chuàng)建了一個(gè)dbcontext,并且設(shè)置了一下order如何映射到數(shù)據(jù)庫(kù),當(dāng)然你可以采用attribute的方式而不是一定要fluentapi

    /// <summary>
    /// 如果需要支持分表必須要實(shí)現(xiàn)<see cref="IShardingTableDbContext"/>
    /// </summary>
    public class DefaultDbContext:AbstractShardingDbContext,IShardingTableDbContext
    {
        public DefaultDbContext(DbContextOptions options) : base(options)
        {
        }

        protected override void OnModelCreating(ModelBuilder modelBuilder)
        {
            base.OnModelCreating(modelBuilder);
            modelBuilder.Entity<Order>(o =>
            {
                o.HasKey(p => p.Id);
                o.Property(p => p.OrderNo).IsRequired().HasMaxLength(128).IsUnicode(false);
                o.Property(p => p.Name).IsRequired().HasMaxLength(128).IsUnicode(false);
                o.ToTable(nameof(Order));
            });
        }

        public IRouteTail RouteTail { get; set; }
    }

創(chuàng)建分片路由

這邊我們采用訂單創(chuàng)建時(shí)間按月分表

    public class OrderVirtualRoute : AbstractSimpleShardingMonthKeyDateTimeVirtualTableRoute<Order>
    {
        /// <summary>
        /// 配置主分表字段是CreateTime,額外分表字段是OrderNo
        /// </summary>
        /// <param name="builder"></param>
        public override void Configure(EntityMetadataTableBuilder<Order> builder)
        {
            builder.ShardingProperty(o => o.CreateTime);
            builder.ShardingExtraProperty(o => o.OrderNo);
        }
        /// <summary>
        /// 是否要在程序運(yùn)行期間自動(dòng)創(chuàng)建每月的表
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public override bool AutoCreateTableByTime()
        {
            return true;
        }
        /// <summary>
        /// 分表從何時(shí)起創(chuàng)建
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public override DateTime GetBeginTime()
        {
            return new DateTime(2021, 9, 1);
        }
        /// <summary>
        /// 配置額外分片路由規(guī)則
        /// </summary>
        /// <param name="shardingKey"></param>
        /// <param name="shardingOperator"></param>
        /// <param name="shardingPropertyName"></param>
        /// <returns></returns>
        public override Expression<Func<string, bool>> GetExtraRouteFilter(object shardingKey, ShardingOperatorEnum shardingOperator, string shardingPropertyName)
        {
            switch (shardingPropertyName)
            {
                case nameof(Order.OrderNo): return GetOrderNoRouteFilter(shardingKey, shardingOperator);
                default: throw new NotImplementedException(shardingPropertyName);
            }
        }
        /// <summary>
        /// 訂單編號(hào)的路由
        /// </summary>
        /// <param name="shardingKey"></param>
        /// <param name="shardingOperator"></param>
        /// <returns></returns>
        private Expression<Func<string, bool>> GetOrderNoRouteFilter(object shardingKey,
            ShardingOperatorEnum shardingOperator)
        {
            //將分表字段轉(zhuǎn)成訂單編號(hào)
            var orderNo = shardingKey?.ToString() ?? string.Empty;
            //判斷訂單編號(hào)是否是我們符合的格式
            if (!CheckOrderNo(orderNo, out var orderTime))
            {
                //如果格式不一樣就直接返回false那么本次查詢因?yàn)槭莂nd鏈接的所以本次查詢不會(huì)經(jīng)過(guò)任何路由,可以有效的防止惡意攻擊
                return tail => false;
            }

            //當(dāng)前時(shí)間的tail
            var currentTail = TimeFormatToTail(orderTime);
            //因?yàn)槭前丛路直硭垣@取下個(gè)月的時(shí)間判斷id是否是在臨界點(diǎn)創(chuàng)建的
            var nextMonthFirstDay = ShardingCoreHelper.GetNextMonthFirstDay(DateTime.Now);
            if (orderTime.AddSeconds(10) > nextMonthFirstDay)
            {
                var nextTail = TimeFormatToTail(nextMonthFirstDay);
                return DoOrderNoFilter(shardingOperator, orderTime, currentTail, nextTail);
            }
            //因?yàn)槭前丛路直硭垣@取這個(gè)月月初的時(shí)間判斷id是否是在臨界點(diǎn)創(chuàng)建的
            if (orderTime.AddSeconds(-10) < ShardingCoreHelper.GetCurrentMonthFirstDay(DateTime.Now))
            {
                //上個(gè)月tail
                var previewTail = TimeFormatToTail(orderTime.AddSeconds(-10));

                return DoOrderNoFilter(shardingOperator, orderTime, previewTail, currentTail);
            }

            return DoOrderNoFilter(shardingOperator, orderTime, currentTail, currentTail);

        }

        private Expression<Func<string, bool>> DoOrderNoFilter(ShardingOperatorEnum shardingOperator, DateTime shardingKey, string minTail, string maxTail)
        {
            switch (shardingOperator)
            {
                case ShardingOperatorEnum.GreaterThan:
                case ShardingOperatorEnum.GreaterThanOrEqual:
                    {
                        return tail => String.Compare(tail, minTail, StringComparison.Ordinal) >= 0;
                    }

                case ShardingOperatorEnum.LessThan:
                    {
                        var currentMonth = ShardingCoreHelper.GetCurrentMonthFirstDay(shardingKey);
                        //處于臨界值 o=>o.time < [2021-01-01 00:00:00] 尾巴20210101不應(yīng)該被返回
                        if (currentMonth == shardingKey)
                            return tail => String.Compare(tail, maxTail, StringComparison.Ordinal) < 0;
                        return tail => String.Compare(tail, maxTail, StringComparison.Ordinal) <= 0;
                    }
                case ShardingOperatorEnum.LessThanOrEqual:
                    return tail => String.Compare(tail, maxTail, StringComparison.Ordinal) <= 0;
                case ShardingOperatorEnum.Equal:
                    {
                        var isSame = minTail == maxTail;
                        if (isSame)
                        {
                            return tail => tail == minTail;
                        }
                        else
                        {
                            return tail => tail == minTail || tail == maxTail;
                        }
                    }
                default:
                    {
                        return tail => true;
                    }
            }
        }

        private bool CheckOrderNo(string orderNo, out DateTime orderTime)
        {
            //yyyyMMddHHmmss+new Random().Next(0,10000).ToString().PadLeft(4,'0')
            if (orderNo.Length == 18)
            {
                if (DateTime.TryParseExact(orderNo.Substring(0, 14), "yyyyMMddHHmmss", CultureInfo.InvariantCulture,
                        DateTimeStyles.None, out var parseDateTime))
                {
                    orderTime = parseDateTime;
                    return true;
                }
            }

            orderTime = DateTime.MinValue;
            return false;
        }
    }

這邊我來(lái)講解一下為什么用額外字段分片需要些這么多代碼呢,其實(shí)是這樣的因?yàn)槟闶怯糜唵蝿?chuàng)建時(shí)間CreateTime來(lái)進(jìn)行分片的那么CreateTime和OrderNo的賦值原理上說(shuō)應(yīng)該在系統(tǒng)里面是不可能實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間賦值的肯定有先后關(guān)系可能是幾微妙甚至幾飛秒,但是為了消除這種差異這邊采用了臨界點(diǎn)兼容算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，讓我們來(lái)看下一下代碼

var order=new Order()
//執(zhí)行這邊生成出來(lái)的id是2021-11-30 23:59:59.999.999
order.OrderNo=DateTime.Now.ToString("yyyyMMddHHmmss")+"xxx";
//business code //具體執(zhí)行時(shí)間不確定,哪怕沒(méi)有business code也沒(méi)有辦法保證兩者生成的時(shí)間一致,當(dāng)然如果你可以做到一致完全不需要這么復(fù)雜的編寫
............
//執(zhí)行這邊生成出來(lái)的時(shí)間是2021-12-01 00:00:00.000.000
order.CreateTime=DateTime.Now;

當(dāng)然系統(tǒng)里面采用了前后添加10秒是一個(gè)比較保守的估算你可以采用前后一秒甚至幾百毫秒都是ok的,具體業(yè)務(wù)具體實(shí)現(xiàn),因?yàn)榇蟛糠值膭?chuàng)建時(shí)間可能是由框架在提交后才會(huì)生成而不是new Order的時(shí)候,當(dāng)然也不排除這種情況,當(dāng)然如果你只需要考慮equal一種情況可以只編寫equal的判斷而不需要全部情況都考慮

ShardingCore啟動(dòng)配置

ILoggerFactory efLogger = LoggerFactory.Create(builder =>
{
    builder.AddFilter((category, level) => category == DbLoggerCategory.Database.Command.Name && level == LogLevel.Information).AddConsole();
});
var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

// Add services to the container.

builder.Services.AddControllers();
builder.Services.AddShardingDbContext<DefaultDbContext>((conStr,builder)=>builder
        .UseSqlServer(conStr)
        .UseLoggerFactory(efLogger)
    )
    .Begin(o =>
    {
        o.CreateShardingTableOnStart = true;
        o.EnsureCreatedWithOutShardingTable = true;
    }).AddShardingTransaction((connection, builder) =>
    {
        builder.UseSqlServer(connection).UseLoggerFactory(efLogger);
    }).AddDefaultDataSource("ds0","Data Source=localhost;Initial Catalog=ShardingMultiProperties;Integrated Security=True;")//如果你是sqlserve只需要修改這邊的鏈接字符串即可
    .AddShardingTableRoute(op =>
    {
        op.AddShardingTableRoute<OrderVirtualRoute>();
    })
    .AddTableEnsureManager(sp=>new SqlServerTableEnsureManager<DefaultDbContext>())//告訴ShardingCore啟動(dòng)時(shí)有哪些表
    .End();

var app = builder.Build();

// Configure the HTTP request pipeline.
app.Services.GetRequiredService<IShardingBootstrapper>().Start();

app.UseAuthorization();

app.MapControllers();

//額外添加一些種子數(shù)據(jù)
using (var serviceScope = app.Services.CreateScope())
{
    var defaultDbContext = serviceScope.ServiceProvider.GetService<DefaultDbContext>();
    if (!defaultDbContext.Set<Order>().Any())
    {
        var orders = new List<Order>(8);
        var beginTime = new DateTime(2021, 9, 5);
        for (int i = 0; i < 8; i++)
        {

            var orderNo = beginTime.ToString("yyyyMMddHHmmss") + i.ToString().PadLeft(4, '0');
            orders.Add(new Order()
            {
                Id = Guid.NewGuid().ToString("n"),
                CreateTime = beginTime,
                Name = $"Order" + i,
                OrderNo = orderNo
            });
            beginTime = beginTime.AddDays(1);
            if (i % 2 == 1)
            {
                beginTime = beginTime.AddMonths(1);
            }
        }
        defaultDbContext.AddRange(orders);
        defaultDbContext.SaveChanges();
    }
}
app.Run();

整個(gè)配置下來(lái)其實(shí)也就兩個(gè)地方需要配置還是相對(duì)比較簡(jiǎn)單的,直接啟動(dòng)開(kāi)始我們的測(cè)試模式

測(cè)試

默認(rèn)配置下的測(cè)試

        public async Task<IActionResult> Test1()
        { 
            //訂單名稱全表掃描
            Console.WriteLine("--------------Query Name Begin--------------");
            var order1 = await _defaultDbContext.Set<Order>().Where(o=>o.Name=="Order3").FirstOrDefaultAsync();
            Console.WriteLine("--------------Query Name End--------------");

            //訂單編號(hào)查詢 精確定位
            Console.WriteLine("--------------Query OrderNo Begin--------------");
            var order2 = await _defaultDbContext.Set<Order>().Where(o=>o.OrderNo== "202110080000000003").FirstOrDefaultAsync();
            Console.WriteLine("--------------Query OrderNo End--------------");

            //創(chuàng)建時(shí)間查詢 精確定位
            Console.WriteLine("--------------Query OrderCreateTime Begin--------------");
            var dateTime = new DateTime(2021,10,08);
            var order4 = await _defaultDbContext.Set<Order>().Where(o=>o.CreateTime== dateTime).FirstOrDefaultAsync();
            Console.WriteLine("--------------Query OrderCreateTime End--------------");

            //訂單編號(hào)in 精確定位
            Console.WriteLine("--------------Query OrderNo Contains Begin--------------");
            var orderNos = new string[] { "202110080000000003", "202111090000000004" };
            var order5 = await _defaultDbContext.Set<Order>().Where(o=> orderNos.Contains(o.OrderNo)).ToListAsync();
            Console.WriteLine("--------------Query OrderNo Contains End--------------");

            //訂單號(hào)和創(chuàng)建時(shí)間查詢 精確定位 無(wú)路由結(jié)果 拋錯(cuò)或者返回default
            Console.WriteLine("--------------Query OrderNo None Begin--------------");
            var time = new DateTime(2021,11,1);
            var order6 = await _defaultDbContext.Set<Order>().Where(o=> o.OrderNo== "202110080000000003"&&o.CreateTime> time).FirstOrDefaultAsync();
            Console.WriteLine("--------------Query OrderNo None End--------------");
            
            //非正確格式訂單號(hào) 拋錯(cuò)或者返回default防止擊穿數(shù)據(jù)庫(kù)
            Console.WriteLine("--------------Query OrderNo Not Check Begin--------------");
            var order3 = await _defaultDbContext.Set<Order>().Where(o => o.OrderNo == "a02110080000000003").FirstOrDefaultAsync();
            Console.WriteLine("--------------Query OrderNo Not Check End--------------");

            return Ok();
        }

測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果非常完美除了無(wú)法匹配路由的時(shí)候那么我們?cè)撊绾卧O(shè)置呢

測(cè)試無(wú)路由返回默認(rèn)值

builder.Services.AddShardingDbContext<DefaultDbContext>(...)
    .Begin(o =>
    {
....
        o.ThrowIfQueryRouteNotMatch = false;//配置默認(rèn)不拋出異常
    })

我們?cè)俅蝸?lái)看下測(cè)試結(jié)果

為何我們測(cè)試是不經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)直接查詢,原因就是在我們做各個(gè)屬性分片交集的時(shí)候返回了空那么框架會(huì)選擇拋出異?；蛘叻祷啬J(rèn)值兩種選項(xiàng),并且我們?cè)诰帉懧酚傻臅r(shí)候判斷格式不正確返回 return tail => false;直接讓所有的交集都是空所以不會(huì)進(jìn)行一次無(wú)意義的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢

總結(jié)

看到這邊你應(yīng)該已經(jīng)看到了本框架的強(qiáng)大之處,本框架不但可以實(shí)現(xiàn)多字段分片還可以實(shí)現(xiàn)自定義分片,而不是單單按時(shí)間分片這么簡(jiǎn)單,我完全可以設(shè)置訂單從2021年后的訂單按月分片,2021年前的訂單按年分片,對(duì)于sharding-core而言這簡(jiǎn)直輕而易舉,但是據(jù)我所知.Net下目前除了我沒(méi)有任何一款框架可以做到真正的全自動(dòng)分片+多字段分片,所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)框架分片的時(shí)候盡可能的將有用的信息添加到一些無(wú)意義的字段上比如Id可以有效的解決很多在大數(shù)據(jù)下發(fā)生的問(wèn)題,你可以簡(jiǎn)單理解為我加了一個(gè)索引并且附帶了額外列,我加了一個(gè)id并且?guī)Я朔直硇畔⒃诶锩?也可以完全設(shè)計(jì)出一款附帶分庫(kù)的屬性到id里面使其可以支持分表分庫(kù)

demo地址 https://github.com/xuejmnet/MultiShardingProperties

到此這篇關(guān)于.Net使用分表分庫(kù)框架ShardingCore實(shí)現(xiàn)多字段分片的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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