Oracle 12.2的Sharding-1-基础概念

2015年8月份内部release了Oracle 12.2beta版本（目前内部最新release的版本是2016年2月份发布的，windows和Linux都有了），目前根据12.2beta文档的介绍，Oracle推出了sharding的功能，跟其他NOSQL型的sharding结构相比，Oracle Sharding提供的是企业级的RDBMS的分片技术。
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Oracle Sharding的优点：
• 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
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在Oracle RDBMS 12.2.0.1中最多支持1000个shards。
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Oracle Sharding使用GDS(Global Data Services)架构来自动部署和管理sharding和复制技术。
GDS（GDS是Oracle RDBMS 12.1的新特性）也提供负载均衡和SDB（sharded database）中的基于位置的路由功能。
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Shard目录（Shard directors）使用GDS framework的全局服务管理组件（global service manager component）来提供应用层请求到shard的直接路由。shard目录（Shard directors）是一个单独的数据库，它用来保存SDB(Sharding database)配置数据和提供其他相关功能，比如shard的交叉查询和集中管理。可以使用GDS是GDSCTL工具可以用来配置SDB。

Oracle Sharding的分区架构（Partitioning Infrastructure）
分区在表空间级别跨shards分布，每个表空间关联一个特定的shard。一个shard表的每一个分区放单独的表空间，并且每个表空间关联到一个特定的shard。根据不同的sharding方法，这个关联可以自动建立或者根据定义创建。尽管一个shard表的多个分区放在多个单独主机的数据库上（这些数据库完全独立，不共享CPU、内存等软件和硬件），但是应用访问表时就如同访问一个单独数据库中的分区表一样。应用发出的SQL语句不需要依赖shard号和shard的物理配置。
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Oracle Sharding 使用 familiar SQL 语法创建表分区，指定分区表的每行数据如何分片。
一个shard表的分区键叫做sharding key，例如，下面的语法是典型的用来创建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;
这个数据分片（shard）就是基于键值cust_id，分区采用“CONSISTENT HASH”，这是一个特定的hash分区类型，通常用在分布式系统上。

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Sharding a Table Family
一个表家族（Table Family）中没有任何父表的表叫做根表（root table），每个表家族中只能有一个根表。
表家族中所有的表按照根表的主键进行sharding，根据各级表的结构，相关数据可以被存储在同一个shard上。
在12.2，在一个SDB中只支持一个表家族。
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以下面的例子说明，这里一共3张表组成的表家族（Table Family）
客户表，订单表和订单明细表。
每个客户可以有多个订单，每个订单中可以有多个商品，因此订单明细中就记录了每个订单中的多个商品，他们的具体数据如下：

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在这个表族中，客户编号为123的数据如下：

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将一个表族（Sharded Table Family）分片通常使有下面两种方法创建：
方法1：不显示指定父子关系，而是通过表之间主外键关系创建表族。这种方式创建的表族是一个多级的树形结构。
根表(root table)是客户表：
–客户表的主键是CustNo，分区方式是“CONSISTENT HASH (CustNo)”
–保存再表空间集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
;

–订单表是客户表的字表，子表（订单表）根据CustNo关联父表（客户表）：
–订单表的主键是（CustNo, OrderNo），外键（CustNo）引用了主表Customers(CustNo)
–分区方式是按照订单表的外键约束（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)
;

–订单明细表是订单表的字表，子表（订单明细表）根据CustNo关联父表（订单表）
–订单明细表的主键是（CustNo, OrderNo, LineNo），外键（CustNo, OrderNo）引用了父表Orders(OrderNo)和Orders(CustNo, OrderNo)
–分区方式是按照订单明细表的外键约束（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，这个表家族的所有数据都保存在同一个表空间集ts1中。
当根表中增加一个分区的时候，那么相关联的表中都会自动增加相应的分区。

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方法2：在分区表中显示指定父子关系的方法创建表家族
这种分区方法只支持两级的表家族（two-level table families），所有的子表必须有相同的父表,父表的分区列在每个子表中都存在，例如下面的CustNo.
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–没有关键字“PARENT”（也没有上面引用约束关键字）的是根表，即客户表（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
;

–根据关键字“PARENT Customers”指定了订单表（Orders）的父表是客户表（Customers）

CREATE SHARDED TABLE Orders
( OrderNo NUMBER
, CustNo NUMBER
, OrderDate DATE
)
PARENT Customers
PARTITION BY CONSISTENT HASH (CustNo)
TABLESPACE SET ts1
PARTITIONS AUTO
;

–根据关键字“PARENT Customers”指定了订单明细表（LineItems）的父表是客户表（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
复制表可以被复制到所有的shard上，这种在每个shard上有相同内容的表叫做复制表（Duplicated Table）
需要经常跟shard表关联的小表适合于作为复制表（Duplicated Table），适用于：
（1）只读表
（2）大量跨shard的读操作
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Oracle Sharding使用Materialized View Replication来同步复制表（duplicated tables）的内容
每个shard上的duplicated tables的内容是一个只读物化视图（read-only materialized view.）
物化视图（materialized views）的主表保存在一个专门的数据库中，叫做shard catalog。
所有shard上的物化视图（materialized views）会根据配置的频率自动刷新。
创建复制表的语句“CREATE DUPLICATED TABLE”会自动创建master表，物化视图和其他物化视图复制所需要的对象。
还是以上面的客户订单关系为例，这里定义产品表（Products）为复制表：

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CREATE DUPLICATED TABLE Products
( StockNo NUMBER PRIMARY KEY
, Description VARCHAR2(20)
, Price NUMBER(6,2))
)
;

根据sharding的机制，sharding的设计对后续系统性能影响是非常大的。
一旦sharding创建完成，并已经有很多数据，相关的属性就不能再修改了，比如某个表是复制表，还是sharding表，sharding key等等
因此，SDB的设计是至关重要的，再设计sharding是需要考虑的有：
那些表需要被设计为sharding表
哪些表需要做复制表
哪些shard表是根表
使用什么方法来关联一个表到其他表或者根表
应该使用哪种sharding方法
使用哪个座位sharding key