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PHP實作資料庫分片擴容的方法

PHPz

發布： 2023-05-16 09:20:02

原創

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在網路時代，數據已經成為了企業最重要的資產之一。而對資料儲存和處理的需求不斷增長，資料庫擴充已經成為了許多企業不可避免的選擇。當單一資料庫無法滿足企業的需求時，資料庫分片就成為了有效的擴容方案。

資料庫分片是指將一個資料庫水平分割成多個獨立的庫，每個庫儲存部分數據，從而降低單一庫的負載和提高系統效能。在實際應用場景中，資料庫分片一般分為垂直分片和水平分片兩種方式，而本篇文章主要介紹PHP實現的水平分片擴容方法。

資料庫水平分片的基本想法

首先，需要將資料依照一定的規則分割到不同的分片中。具體劃分規則可以根據業務需求制定，一般常用的規則有：

基於範圍的分片：按照某一列的值進行分片，保證每個分片儲存的資料範圍是相互獨立的；
基於哈希的分片：按照某一列的值進行哈希運算得到一個數值，然後將數值分配到不同的分片中，保證每個分片儲存的資料是大致均衡的。

分割好分片之後，需要對連接層進行修改，使其能夠根據資料所在的分片選擇對應的資料庫進行存取。具體而言，連接層需要記錄每個分片的相關訊息，如分片容量、分片起始值、分片終止值等，同時暴露介面供業務層使用。

最後，業務層需要將對資料庫的讀寫請求根據分割規則傳送到對應的分片上。業務層中的資料庫操作實際上是連接層的封裝，它需要根據分片規則選擇對應的資料庫進行CRUD操作。

PHP實作資料庫分片擴容的方法

在PHP中，可以透過PDO來實現對MySQL資料庫的分片擴容。具體而言，需要按照以下步驟進行操作：

2.1 建立PDO連線

在建立PDO連線時，需要注意一些細節。首先，PDO連線需要指定主庫的相關設定訊息，以及分片庫的清單。其次，需要設定PDO::ATTR_ERRMODE屬性為PDO::ERRMODE_EXCEPTION，這樣才能實現對PDO異常的捕捉與處理。最後，需要設定PDO::ATTR_EMULATE_PREPARES屬性為false，這樣才能實現真正的預處理。

範例程式碼如下：

// 主库配置信息
$masterConfig = [
    'dsn'      => 'mysql:host=127.0.0.1;port=3306;dbname=test',
    'username' => 'root',
    'password' => 'root',
];

// 分片库列表
$shardConfigList = [
    [
        'dsn'      => 'mysql:host=127.0.0.1;port=3306;dbname=test_shard_0',
        'username' => 'root',
        'password' => 'root',
    ],
    [
        'dsn'      => 'mysql:host=127.0.0.1;port=3306;dbname=test_shard_1',
        'username' => 'root',
        'password' => 'root',
    ],
];

// 创建PDO连接
$pdo = new PDO($masterConfig['dsn'], $masterConfig['username'], $masterConfig['password'], [
    PDO::ATTR_ERRMODE => PDO::ERRMODE_EXCEPTION,
    PDO::ATTR_EMULATE_PREPARES => false,
]);

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2.2 執行分片查詢

在應用程式中進行資料庫操作時，需要將資料根據分割規則指派到對應的分片上。通常情況下，一組分片庫中的結構是相同的，只有資料不同。因此，在進行分片查詢時，可以先從主庫中取得分片訊息，根據分片資訊將查詢請求轉發到對應的分片庫上。

範例程式碼如下：

// 获取分片信息
$sql = 'SELECT * FROM `shard_info` WHERE shard_id = ?';
$stmt = $pdo->prepare($sql);
$stmt->execute([$shardId]);
$info = $stmt->fetch(PDO::FETCH_ASSOC);
if (!$info) {
    throw new RuntimeException('Shard not found');
}

// 创建分片PDO连接
$pdoShard = new PDO($info['dsn'], $info['username'], $info['password'], [
    PDO::ATTR_ERRMODE => PDO::ERRMODE_EXCEPTION,
    PDO::ATTR_EMULATE_PREPARES => false,
]);

// 执行查询
$sql = 'SELECT * FROM `table` WHERE `key` = ?';
$stmt = $pdoShard->prepare($sql);
$stmt->execute([$key]);
$rows = $stmt->fetchAll(PDO::FETCH_ASSOC);

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2.3 執行分片事務

在進行分散式交易時，需要將涉及到的多個分片的操作視為一個整體。具體而言，可以利用兩階段提交協定來實現分散式事務的一致性。

其中，第一階段_Prepare階段需要向所有涉及到的分片發送Prepare請求，以取得對應的交易ID。在所有分片均傳回成功回應後，需要向所有分片發送Commit/Abort請求，以實現交易的提交或回溯。

範例程式碼如下：

// 开始分布式事务
$pdo->beginTransaction();

try {
    // 准备分片事务
    $xid = uniqid();
    $prepares = [];

    foreach ($shardConfigList as $shardConfig) {
        $pdoShard = new PDO($shardConfig['dsn'], $shardConfig['username'], $shardConfig['password'], [
            PDO::ATTR_ERRMODE => PDO::ERRMODE_EXCEPTION,
            PDO::ATTR_EMULATE_PREPARES => false,
        ]);

        $pdoShard->beginTransaction();
        $stmt = $pdoShard->prepare('INSERT INTO `table` (`key`, `value`) VALUES (?, ?)');
        $stmt->execute([$key, $value]);
        $prepares[] = [$pdoShard, $xid];
    }

    // 提交分片事务
    foreach ($prepares as [$pdoShard, $xid]) {
        $stmt = $pdoShard->prepare('PREPARE TRANSACTION ?');
        $stmt->execute([$xid]);
    }

    foreach ($prepares as [$pdoShard, $xid]) {
        $stmt = $pdoShard->prepare('COMMIT PREPARED ?');
        $stmt->execute([$xid]);
    }

    // 提交整个事务
    $pdo->commit();
} catch (Exception $ex) {
    // 回滚分片事务
    foreach ($prepares as [$pdoShard, $xid]) {
        $stmt = $pdoShard->prepare('ROLLBACK PREPARED ?');
        $stmt->execute([$xid]);
    }

    // 回滚整个事务
    $pdo->rollback();
}

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