張大朋（Lunar）Oracle 工程師
Lunar 擁有超過(guò)十年的 ORACLE SUPPORT 從業(yè)經(jīng)驗，曾經(jīng)服務(wù)于ORACLE ACS部門(mén)，現就職于 ORACLE Sales Consultant 部門(mén)，負責的產(chǎn)品主要是 Exadata，Golden Gate，Database 等。
編輯說(shuō)明：感謝Lunar授權我們轉載其原創(chuàng )文章，文章插入了一些我們以前分享的圖片，作為配合解讀。
2015年8月份內部release了Oracle 12.2 Beta版本（目前內部最新release的版本是2016年2月份發(fā)布的，windows和Linux都有了），目前根據12.2beta文檔的介紹，Oracle推出了sharding的功能，跟其他NOSQL型的sharding結構相比，Oracle Sharding提供的是企業(yè)級的RDBMS的分片技術(shù)。
Oracle Sharding的優(yōu)點(diǎn)：
? Relational schemas
? Database partitioning
? ACID properties and read consistency
? SQL and other programmatic interfaces
? Complex data types
? Online schema changes
? Multi-core scalability
? Advanced security
? Compression
? High Availability features
? Enterprise-scale backup and recovery
在Oracle RDBMS 12.2.0.1中最多支持1000個(gè)shards。
Oracle Sharding使用GDS(Global Data Services)架構來(lái)自動(dòng)部署和管理sharding和復制技術(shù)。GDS（GDS是Oracle RDBMS 12.1的新特性）也提供負載均衡和SDB（sharded database）中的基于位置的路由功能。
Shard目錄（Shard directors）使用GDS framework的全局服務(wù)管理組件（global service manager component）來(lái)提供應用層請求到shard的直接路由。shard目錄（Shard directors）是一個(gè)單獨的數據庫，它用來(lái)保存SDB(Sharding database)配置數據和提供其他相關(guān)功能，比如shard的交叉查詢(xún)和集中管理?？梢允褂肎DS是GDSCTL工具可以用來(lái)配置SDB。
Oracle Sharding的分區架構（Partitioning Infrastructure）
分區在表空間級別跨Shards分布，每個(gè)表空間關(guān)聯(lián)一個(gè)特定的shard。一個(gè)shard表的每一個(gè)分區放單獨的表空間，并且每個(gè)表空間關(guān)聯(lián)到一個(gè)特定的shard。根據不同的sharding方法，這個(gè)關(guān)聯(lián)可以自動(dòng)建立或者根據定義創(chuàng )建。盡管一個(gè)shard表的多個(gè)分區放在多個(gè)單獨主機的數據庫上（這些數據庫完全獨立，不共享CPU、內存等軟件和硬件），但是應用訪(fǎng)問(wèn)表時(shí)就如同訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)單獨數據庫中的分區表一樣。應用發(fā)出的SQL語(yǔ)句不需要依賴(lài)shard號和shard的物理配置。
Oracle Sharding 使用 familiar SQL 語(yǔ)法創(chuàng )建表分區，指定分區表的每行數據如何分片。
一個(gè)shard表的分區鍵叫做sharding key，例如，下面的語(yǔ)法是典型的用來(lái)創(chuàng )建sharding表的：
CREATE SHARDED TABLE customers
( cust_id NUMBER NOT NULL
, name VARCHAR2(50)
, address VARCHAR2(250)
, region VARCHAR2(20)
, class VARCHAR2(3)
, signup DATE
CONSTRAINT cust_pk PRIMARY KEY(cust_id)
)
PARTITION BY CONSISTENT HASH (cust_id)
TABLESPACE SET ts1
PARTITIONS AUTO;
這個(gè)數據分片（shard）就是基于鍵值cust_id，分區采用“CONSISTENT HASH”，這是一個(gè)特定的hash分區類(lèi)型，通常用在分布式系統上。
.
Sharding a Table Family
一個(gè)表家族（Table Family）中沒(méi)有任何父表的表叫做根表（root table），每個(gè)表家族中只能有一個(gè)根表。
表家族中所有的表按照根表的主鍵進(jìn)行sharding，根據各級表的結構，相關(guān)數據可以被存儲在同一個(gè)shard上。
在12.2，在一個(gè)SDB中只支持一個(gè)表家族。
.
以下面的例子說(shuō)明，這里一共3張表組成的表家族（Table Family）：客戶(hù)表，訂單表和訂單明細表。
每個(gè)客戶(hù)可以有多個(gè)訂單，每個(gè)訂單中可以有多個(gè)商品，因此訂單明細中就記錄了每個(gè)訂單中的多個(gè)商品，他們的具體數據如下：
在這個(gè)表族中，客戶(hù)編號為123的數據如下：
將一個(gè)表族（Sharded Table Family）分片通常使有下面兩種方法創(chuàng )建：
方法1：不顯示指定父子關(guān)系，而是通過(guò)表之間主外鍵關(guān)系創(chuàng )建表族。
這種方式創(chuàng )建的表族是一個(gè)多級的樹(shù)形結構。
根表(root table)是客戶(hù)表：
–客戶(hù)表的主鍵是CustNo，分區方式是“CONSISTENT HASH (CustNo)”
–保存再表空間集ts1中
CREATE SHARDED TABLE Customers
( CustNo NUMBER NOT NULL
, Name VARCHAR2(50)
, Address VARCHAR2(250)
, CONSTRAINT RootPK PRIMARY KEY(CustNo)
)
PARTITION BY CONSISTENT HASH (CustNo)
PARTITIONS AUTO
TABLESPACE SET ts1
;
–訂單表是客戶(hù)表的字表，子表（訂單表）根據CustNo關(guān)聯(lián)父表（客戶(hù)表）：
–訂單表的主鍵是（CustNo, OrderNo），外鍵（CustNo）引用了主表Customers(CustNo)
–分區方式是按照訂單表的外鍵約束（CustFK）
CREATE SHARDED TABLE Orders
( OrderNo NUMBER NOT NULL
, CustNo NUMBER NOT NULL
, OrderDate DATE
, CONSTRAINT OrderPK PRIMARY KEY (CustNo, OrderNo)
, CONSTRAINT CustFK FOREIGN KEY (CustNo) REFERENCES Customers(CustNo)
)
PARTITION BY REFERENCE (CustFK)
;
–訂單明細表是訂單表的字表，子表（訂單明細表）根據CustNo關(guān)聯(lián)父表（訂單表）
–訂單明細表的主鍵是（CustNo, OrderNo, LineNo），外鍵（CustNo, OrderNo）引用了父表Orders(OrderNo)和Orders(CustNo, OrderNo)
–分區方式是按照訂單明細表的外鍵約束（LineFK）
CREATE SHARDED TABLE LineItems
( CustNo NUMBER NOT NULL
, LineNo NUMBER(2) NOT NULL
, OrderNo NUMBER(5) NOT NULL
, StockNo NUMBER(4)
, Quantity NUMBER(2)
, CONSTRAINT LinePK PRIMARY KEY (CustNo, OrderNo, LineNo)
, CONSTRAINT LineFK FOREIGN KEY (CustNo, OrderNo) REFERENCES Orders(OrderNo)
REFERENCES Orders(CustNo, OrderNo)
)
PARTITION BY REFERENCE (LineFK)
;
因此，上面的例子中，這個(gè)表家族的所有數據都保存在同一個(gè)表空間集ts1中。
當根表中增加一個(gè)分區的時(shí)候，那么相關(guān)聯(lián)的表中都會(huì )自動(dòng)增加相應的分區。
.
方法2：在分區表中顯示指定父子關(guān)系的方法創(chuàng )建表家族
這種分區方法只支持兩級的表家族（two-level table families），所有的子表必須有相同的父表,父表的分區列在每個(gè)子表中都存在，例如下面的CustNo.
.
–沒(méi)有關(guān)鍵字“PARENT”（也沒(méi)有上面引用約束關(guān)鍵字）的是根表，即客戶(hù)表（Customers）
CREATE SHARDED TABLE Customers
( CustNo NUMBER NOT NULL
, Name VARCHAR2(50)
, Address VARCHAR2(250)
, region VARCHAR2(20)
, class VARCHAR2(3)
, signup DATE
)
PARTITION BY CONSISTENT HASH (CustNo)
TABLESPACE SET ts1
PARTITIONS AUTO
;
–根據關(guān)鍵字“PARENT Customers”指定了訂單表（Orders）的父表是客戶(hù)表（Customers）
CREATE SHARDED TABLE Orders
( OrderNo NUMBER
, CustNo NUMBER
, OrderDate DATE
)
PARENT Customers
PARTITION BY CONSISTENT HASH (CustNo)
TABLESPACE SET ts1
PARTITIONS AUTO
;
–根據關(guān)鍵字“PARENT Customers”指定了訂單明細表（LineItems）的父表是客戶(hù)表（Customers）
CREATE SHARDED TABLE LineItems
( LineNo NUMBER
, OrderNo NUMBER
, CustNo NUMBER
, StockNo NUMBER
, Quantity NUMBER
)
)
PARENT Customers
PARTITION BY CONSISTENT HASH (CustNo)
TABLESPACE SET ts1
PARTITIONS AUTO
;
Creating a Duplicated Table Using CREATE TABLE
復制表可以被復制到所有的shard上，這種在每個(gè)shard上有相同內容的表叫做復制表（Duplicated Table），需要經(jīng)常跟shard表關(guān)聯(lián)的小表適合于作為復制表（Duplicated Table），適用于：
（1）只讀表
（2）大量跨shard的讀操作
Oracle Sharding使用Materialized View Replication來(lái)同步復制表（duplicated tables）的內容，每個(gè)shard上的duplicated tables的內容是一個(gè)只讀物化視圖（read-only materialized view）。
物化視圖（materialized views）的主表保存在一個(gè)專(zhuān)門(mén)的數據庫中，叫做Shard Catalog。
所有shard上的物化視圖（materialized views）會(huì )根據配置的頻率自動(dòng)刷新。
創(chuàng )建復制表的語(yǔ)句“CREATE DUPLICATED TABLE”會(huì )自動(dòng)創(chuàng )建master表，物化視圖和其他物化視圖復制所需要的對象。
還是以上面的客戶(hù)訂單關(guān)系為例，這里定義產(chǎn)品表（Products）為復制表：
CREATE DUPLICATED TABLE Products
( StockNo NUMBER PRIMARY KEY
, Description VARCHAR2(20)
, Price NUMBER(6,2))
)
;
根據sharding的機制，sharding的設計對后續系統性能影響是非常大的。一旦sharding創(chuàng )建完成，并已經(jīng)有很多數據，相關(guān)的屬性就不能再修改了，比如某個(gè)表是復制表，還是sharding表，sharding key等等，因此，SDB的設計是至關(guān)重要的，在設計sharding時(shí)需要考慮的有：
哪些表需要被設計為sharding表；
哪些表需要做復制表；
哪些shard表是根表；
使用什么方法來(lái)關(guān)聯(lián)一個(gè)表到其他表或者根表；
應該使用哪種sharding方法；
使用哪個(gè)作為sharding key；
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