Sharding-JDBC 简介
一、Sharding-JDBC 简介
最早是当当网内部使用的一款分库分表框架，到2017年的时候才开始对外开源，这几年在大量社区贡献者的不断迭代下，功能也逐渐完善，现已更名为 ShardingSphere，2020年416正式成为 Apache 软件基会的顶级项。
随着版本的不断更迭 的核心功能也变得多元化起来。从最开始 Sharding-JDBC 1.0 版本只有数据分片，到 Sharding-JDBC 2.0 版本开始支持数据库治理（注册中心、配置中心等等），再到 Sharding-JDBC 3.0版本又加分布式事务 （支持 Atomikos、Narayana、Bitronix、Seata），如今已经迭代到了 Sharding-JDBC 4.0 版本。
现在的 ShardingSphere 不单单是指某个框架而是一个生态圈，这个生态圈 、Sharding-Proxy 和 Sharding-Sidecar 这三款开源的分布式数据库中间件解决方案所构成。
的前身就是 ，所以它是整个框架中最为经典、成熟的组件，我们先从 框架入手学习分库分表。
二、核心概念
在开始 分库分表具体实战之前，我们有必要先了解分库分表的一些核心概念。
分片
一般我们在提到分库分表的时候，大多是以水平切分模式（水平分库、分表）为基础来说的，数据分片将原本一张数据量较大的表 t_order 拆分生成数个表结构完全一致的小数据量表 t_order_0、t_order_1、···、t_order_n，每张表只存储原大表中的一部分数据，当执行一条SQL时会通过 分库策略、分片策略 将数据分散到不同的数据库、表内。
数据节点
数据节点是分库分表中一个不可再分的最小数据单元（表），它由数据源名称和数据表组成，例如上图中 order_db_1.t_order_0、order_db_2.t_order_1 就表示一个数据节点。
逻辑表
逻辑表是指一组具有相同逻辑和数据结构表的总称。比如我们将订单表 拆分成 ··· t_order_9
真实表
真实表也就是上边提到的 数据库中真实存在的物理表。
分片键
用于分片的数据库字段。我们将 表分片以后，当执行一条SQL时，通过对字段 order_id 取模的方式来决定，这条数据该在哪个数据库中的哪个表中执行，此时 字段就是 表的分片健。
这样以来同一个订单的相关数据就会存在同一个数据库表中，大幅提升数据检索的性能，不仅如此 sharding-jdbc 还支持根据多个字段作为分片健进行分片。
分片算法
上边我们提到可以用分片健取模的规则分片，但这只是比较简单的一种，在实际开发中我们还希望用 >=、<=、>、<、BETWEEN 和 IN 等条件作为分片规则，自定义分片逻辑，这时就需要用到分片策略与分片算法。
从执行 SQL 的角度来看，分库分表可以看作是一种路由机制，把 SQL 语句路由到我们期望的数据库或数据表中并获取数据，分片算法可以理解成一种路由规则。
咱们先捋一下它们之间的关系，分片策略只是抽象出的概念，它是由分片算法和分片健组合而成，分片算法做具体的数据分片逻辑。
分库、分表的分片策略配置是相对独立的，可以各自使用不同的策略与算法，每种策略中可以是多个分片算法的组合，每个分片算法可以对多个分片健做逻辑判断。
注意：sharding-jdbc 并没有直接提供分片算法的实现，需要开发者根据业务自行实现。
提供了4种分片算法：
1、精确分片算法
精确分片算法（PreciseShardingAlgorithm）用于单个字段作为分片键，SQL中有 = 与 等条件的分片，需要在标准分片策略（StandardShardingStrategy ）下使用。
2、范围分片算法
范围分片算法（RangeShardingAlgorithm）用于单个字段作为分片键，SQL中有 BETWEEN AND、、、、 ）下使用。
3、复合分片算法
复合分片算法（ComplexKeysShardingAlgorithm）用于多个字段作为分片键的分片操作，同时获取到多个分片健的值，根据多个字段处理业务逻辑。需要在复合分片策略（ComplexShardingStrategy ）下使用
4、Hint分片算法
Hint分片算法（HintShardingAlgorithm）稍有不同，上边的算法中我们都是解析 语句提取分片键，并设置分片策略进行分片。但有些时候我们并没有使用任何的分片键和分片策略，可还想将 SQL 路由到目标数据库和表，就需要通过手动干预指定SQL的目标数据库和表信息，这也叫强制路由。
分片策略
上边讲分片算法的时候已经说过，分片策略是一种抽象的概念，实际分片操作的是由分片算法和分片健来完成的。
1、标准分片策略
标准分片策略适用于单分片键，此策略支持 PreciseShardingAlgorithm 和 RangeShardingAlgorithm两个分片算法。
其中 是必选的，用于处理 和 的分片。 是可选的，用于处理， ， ，， 条件分片，如果不配置，SQL中的条件等将按照全库路由处理。
2、复合分片策略
复合分片策略，同样支持对 SQL语句中的 ，， ， ， ，和 的分片操作。不同的是它支持多分片键，具体分配片细节完全由应用开发者实现。
3、行表达式分片策略
行表达式分片策略，支持对 SQL语句中的 和 的分片操作，但只支持单分片键。这种策略通常用于简单的分片，不需要自定义分片算法，可以直接在配置文件中接着写规则。
t_order_$->{t_order_id % 4} 代表 对其字段 t_order_id取模，拆分成4张表，而表名分别是 到 t_order_3。
4、Hint分片策略
Hint分片策略，对应上边的Hint分片算法，通过指定分片健而非从 中提取分片健的方式进行分片的策略。
分布式主键
数据分后，不同数据节点成全局唯主键是常棘的问题，同个逻辑表（）内的不同真实表（）之间的增键由于法互相感知而产重复主键。
尽管可通过设置增主键 初始值 和 步 的式避免ID碰撞，但这样会使维护成本加大，乏完整性和可扩展性。如果后去需要增加分片表的数量，要逐一修改分片表的步长，运维成本非常高，所以不建议这种方式。
实现分布式主键成器的方式很多，具体可以百度，网上有很多
为了让上手更加简单，ApacheShardingSphere 内置了UUID、SNOWFLAKE 两种分布式主键成器，默认使雪花算法（snowflake）成64bit的整型数据。不仅如此它还抽离出分布式主键成器的接口，便我们实现定义的增主键成算法。
广播表
广播表：存在于所有的分片数据源中的表，表结构和表中的数据在每个数据库中均完全一致。一般是为字典表或者配置表 t_config，某个表一旦被配置为广播表，只要修改某个数据库的广播表，所有数据源中广播表的数据都会跟着同步。
绑定表
绑定表：那些分片规则一致的主表和子表。比如： 订单表和 t_order_item 订单服务项目表，都是按 字段分片，因此两张表互为绑定表关系。
那绑定表存在的意义是啥呢？
通常在我们的业务中都会使用 和 等表进行多表联合查询，但由于分库分表以后这些表被拆分成N多个子表。如果不配置绑定表关系，会出现笛卡尔积关联查询，将产生如下四条。
SELECT * FROM t_order_0 o JOIN t_order_item_0 i ON o.order_id=i.order_id
SELECT * FROM t_order_0 o JOIN t_order_item_1 i ON o.order_id=i.order_id
SELECT * FROM t_order_1 o JOIN t_order_item_0 i ON o.order_id=i.order_id
SELECT * FROM t_order_1 o JOIN t_order_item_1 i ON o.order_id=i.order_id
而配置绑定表关系后再进行关联查询时，只要对应表分片规则一致产生的数据就会落到同一个库中，那么只需 和 t_order_item_0 表关联即可。
注意：在关联查询时 它作为整个联合查询的主表。所有相关的路由计算都只使用主表的策略， 表的分片相关的计算也会使用 的条件，所以要保证绑定表之间的分片键要完全相同。
三、和JDBC的猫腻
从名字上不难看出， 和 JDBC有很大关系，我们知道 JDBC 是一种 Java 语言访问关系型数据库的规范，其设计初衷就是要提供一套用于各种数据库的统一标准，不同厂家共同遵守这套标准，并提供各自的实现方案供应用程序调用。
但其实对于开发人员而言，我们只关心如何调用 JDBC API 来访问数据库，只要正确使用 DataSource、Connection、Statement 、ResultSet 等 API 接口，直接操作数据库即可。所以如果想在 JDBC 层面实现数据分片就必须对现有的 API 进行功能拓展，而 Sharding-JDBC 正是基于这种思想，重写了 JDBC 规范并完全兼容了 JDBC 规范。
对原有的 、 等接口扩展成 ShardingDataSource、ShardingConnection，而对外暴露的分片操作接口与 JDBC 规范中所提供的接口完全一致，只要你熟悉 JDBC 就可以轻松应用 Sharding-JDBC 来实现分库分表。
因此它适用于任何基于 的 ORM 框架，如：JPA， Hibernate，Mybatis，Spring JDBC Template 或直接使用的 JDBC。完美兼容任何第三方的数据库连接池，如：DBCP， C3P0， BoneCP，Druid， HikariCP 等，几乎对主流关系型数据库都支持。
那 又是如何拓展这些接口的呢？想知道答案我们就的从源码入手了，下边我们以 JDBC API 中的 为例看看它是如何被重写扩展的。
数据源 接口的核心作用就是获取数据库连接对象 ，我们看其内部提供了两个获取数据库连接的方法 ，并且继承了 CommonDataSource 和 Wrapper 两个接口。
public interface DataSource extends CommonDataSource, Wrapper {
/**
* <p>Attempts to establish a connection with the data source that
* this {@code DataSource} object represents.
* @return a connection to the data source
*/
Connection getConnection() throws SQLException;
/**
* @param username the database user on whose behalf the connection is
* being made
* @param password the user's password
*/
Connection getConnection(String username, String password)
throws SQLException;
}
其中 是定义数据源的根接口这很好理解，而 接口则是拓展 JDBC 分片功能的关键。
由于数据库厂商的不同，他们可能会各自提供一些超越标准 JDBC API 的扩展功能，但这些功能非 JDBC 标准并不能直接使用，而 接口的作用就是把一个由第三方供应商提供的、非 JDBC 标准的接口包装成标准接口，也就是适配器模式。
既然讲到了适配器模式就多啰嗦几句，也方便后边的理解。
适配器模式个种比较常用的设计模式，它的作用是将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口，使原本因接口不匹配（或者不兼容）而无法在一起工作的两个类能够在一起工作。比如用耳机听音乐，我有个圆头的耳机，可手机插孔却是扁口的，如果我想要使用耳机听音乐就必须借助一个转接头才可以，这个转接头就起到了适配作用。举个栗子：假如我们
Target接口中有hello()和word()两个方法。
public interface Target {
void hello();
void world();
}
可由于接口版本迭代 接口的 方法可能会被废弃掉或不被支持，Adaptee 类的 greet()方法将代替 方法。
public class Adaptee {
public void greet(){
}
public void world(){
}
}
但此时旧版本仍然有大量 方法被使用中，解决此事最好的办法就是创建一个适配器Adapter，这样就适配了 类，解决了接口升级带来的兼容性问题。
public class Adapter extends Adaptee implements Target {
@Override
public void world() {
}
@Override
public void hello() {
super.greet();
}
@Override
public void greet() {
}
}
而 提供的正是非 JDBC 标准的接口，所以它也提供了类似的实现方案，也使用到了 接口做数据分片功能的适配。除了 DataSource 之外，Connection、Statement、ResultSet 等核心对象也都继承了这个接口。
下面我们通过 类源码简单看下实现过程，下图是继承关系流程图。
类它在原 基础上做了功能拓展，初始化时注册了分片SQL路由包装器、SQL重写上下文和结果集处理引擎，还对数据源类型做了校验，因为它要同时支持多个不同类型的数据源。到这好像也没看出如何适配，那接着向上看 的继承类 AbstractDataSourceAdapter 。
@Getter
public class ShardingDataSource extends {
private final ShardingRuntimeContext runtimeContext;
/**
* 注册路由、SQl重写上下文、结果集处理引擎
*/
static {
NewInstanceServiceLoader.register(RouteDecorator.class);
.register(SQLRewriteContextDecorator.class);
.register(ResultProcessEngine.class);
}
/**
* 初始化时校验数据源类型 并根据数据源 map、分片规则、数据库类型得到一个分片上下文，用来获取数据库连接
*/
public ShardingDataSource(final Map<String, DataSource> dataSourceMap, final ShardingRule shardingRule, final Properties props) throws SQLException {
super(dataSourceMap);
checkDataSourceType(dataSourceMap);
runtimeContext = new (dataSourceMap, shardingRule, props, getDatabaseType());
}
private void checkDataSourceType(final Map<String, DataSource> dataSourceMap) {
for (DataSource each : dataSourceMap.values()) {
Preconditions.checkArgument(!(each instanceof MasterSlaveDataSource), "Initialized data sources can not be master-slave data sources.");
}
}
/**
* 数据库连接
*/
@Override
public final ShardingConnection getConnection() {
return new ShardingConnection(getDataSourceMap(), runtimeContext, TransactionTypeHolder.get());
}
}
AbstractDataSourceAdapter 抽象类内部主要获取不同类型的数据源对应的数据库连接对象，实现 AutoCloseable 接口是为在使用完资源后可以自动将这些资源关闭（调用 close方法），那再看看继承类 AbstractUnsupportedOperationDataSource 。
@Getter
public abstract class AbstractDataSourceAdapter extends AbstractUnsupportedOperationDataSource implements AutoCloseable {
private final Map<String, DataSource> dataSourceMap;
private final DatabaseType databaseType;
public AbstractDataSourceAdapter(final Map<String, DataSource> dataSourceMap) throws SQLException {
this.dataSourceMap = dataSourceMap;
databaseType = createDatabaseType();
}
public AbstractDataSourceAdapter(final DataSource dataSource) throws SQLException {
dataSourceMap = new HashMap<>(1, 1);
dataSourceMap.put("unique", dataSource);
databaseType = createDatabaseType();
}
private DatabaseType createDatabaseType() throws SQLException {
DatabaseType result = null;
for (DataSource each : dataSourceMap.values()) {
DatabaseType databaseType = createDatabaseType(each);
Preconditions.checkState(null == result || result == databaseType, String.format("Database type inconsistent with '%s' and '%s'", result, databaseType));
result = databaseType;
}
return result;
}
/**
* 不同数据源类型获取数据库连接
*/