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MySQL 表分区原理详解

article 2024/11/20 11:23:36

MySQL中的表分区是一种将表的数据按照某种规则划分成多个更小、更易于管理的部分的技术。表分区可以使得查询、维护和优化大表变得更加高效。每个分区都可以看作是独立的表，但对用户来说仍然是单一的表的透明访问。

分区原理

透明性: 对于应用程序来说，分区表看起来像一个普通的未分区表。SQL语句不需要修改就能在分区表上执行。
物理存储: 物理上，每个分区实际上可能被存储在不同的文件或目录中，这取决于分区类型和配置。这意味着数据可以分散存储，以便于并行处理和优化I/O性能。
逻辑分割: 逻辑上，表数据根据某些列的值被分割到不同的分区里。MySQL支持的分区类型包括范围分区（RANGE）、列表分区（LIST）、哈希分区（HASH）和键分区（KEY）。

分区类型

范围分区 (RANGE): 数据被根据指定列的值的范围分配到不同的分区。例如，你可以基于日期范围将数据归入不同的分区。
列表分区 (LIST): 和范围分区类似，但是基于列的离散值进行分区。你可以指定一个列的具体值列表，并且为表中属于该列表中的每一个值指定一个分区。
哈希分区 (HASH): 使用用户定义的哈希函数将数据分散到一定数量的分区中。根据列值计算得到的哈希值将决定记录存储在哪个分区。
键分区 (KEY): 类似于哈希分区，但键分区仅使用MySQL服务器内置的哈希函数，并且通常是基于列的整数值进行分区。

设置分区举例

分区是在创建表或修改表结构时定义的。以下是一个创建带有范围分区的表的例子：

CREATE TABLE sales (
    id INT NOT NULL,
    sale_date DATE NOT NULL
)
PARTITION BY RANGE (YEAR(sale_date)) (
    PARTITION p0 VALUES LESS THAN (1991),
    PARTITION p1 VALUES LESS THAN (1992),
    ...
);

在这个示例中，sales 表基于 sale_date 列的年份进行了范围分区。每个分区包含一个年份范围内的数据。

分区的优点

性能提升: 对于大量数据的查询操作，如果查询条件与分区键相符合，MySQL可以只扫描相关分区，避免全表扫描。
维护简便: 对于数据量很大的表，分区可以方便数据的维护工作，例如清除旧数据时只需删除整个分区即可。
备份和恢复: 单个分区的备份和恢复速度比整张表快很多。
高并发: 分区表可以在物理级别上提供更好的并发支持，因为不同分区的读写操作可以在不同的硬件资源上并行进行。

分区限制

虽然分区增加了表的灵活性，但也有一些限制：

分区表的所有分区必须使用相同的存储引擎。
有关联键（如外键）的限制。
分区列必须是表的主键的一部分，如果表有主键或唯一索引。
在某些情况下，查询优化器可能无法有效地利用分区来优化查询。

mysql分区注意事项和问题

1、第一次访问分区表：

当MySQL第一次打开一个分区表时，它需要加载所有分区的元数据。这意味着如果一个表有很多分区，那么初始化加载所有这些分区的开销可能会比较大。

2、Metadata Lock (MDL)：

MySQL在操作表结构（如DDL语句）前需要获得MDL锁。对于分区表来说，无论多少个分区，它们都被视为一个整体，因此共享同一个MDL锁。这样做可以防止对表结构的并发修改，但也意味着在执行类似ALTER TABLE等DDL操作时，即使只影响到部分分区，也需要等待获取整张表的MDL锁。

3、存储引擎层：

虽然在server层，分区表被视为一个单一的逻辑表，但在存储引擎层，每个分区实际上被看作是一个独立的表。因此，当已经持有MDL锁并且执行DML操作（如SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE）时，MySQL存储引擎会根据查询的条件判断需要访问哪些分区，并且只访问必要的分区。这种行为称为“分区修剪”（partition pruning），它可以显著提高查询性能，因为它避免了对无关分区的不必要扫描。

例如，如果一个表按月份分区且你查询特定月份的数据，优化器会识别出只需访问包含那个月份数据的分区。

4、"必要"的确定：

在查询过程中，确定哪些分区是“必要”的，取决于查询条件和分区键之间的关系。优化器会分析查询条件和分区定义，以决定是否可以排除某些分区，从而减少检索和计算的数据量。

5、DDL操作耗时问题：

对于大型分区表，DDL操作如ALTER TABLE往往会涉及庞大的数据量，并且需要更新所有相关分区。这可能会导致长时间的锁表，进而影响系统的可用性。
为了减少此类操作的影响，可以考虑在系统负载较低的时段进行，或者使用在线DDL特性（如果存储引擎支持）。

6、分区数量问题：

每个分区都是一个独立的结构，在存储、管理和元数据跟踪方面都有开销。当分区过多时，这些开销会累加，可能影响性能。
分区过多还可能导致复制延迟，尤其是在主从复制场景中。主服务器上的DDL操作需要在从服务器上重放，如果存在大量分区，从服务器可能会花费更长的时间去应用这些变更。
MySQL也有关于分区数量的硬性限制，所以必须在设计时考虑分区的合理数量。

7、分区规则和预先设置问题：

分区策略通常需要根据数据访问模式和业务需求来设计。一旦分区表创建后，修改分区键或分区策略都是比较困难的，尤其是在数据量非常大的情况下。
如果未来需要调整分区，可能需要进行数据迁移或重建整个表，这会涉及到复杂的操作，并对业务造成影响。
因此，在实施分区之前，需要仔细规划并考虑到数据增长和变动的情况。

mysql中分区表对索引的影响

键的选择：MySQL 要求分区表的所有唯一索引（包括主键）必须包含分区键。这意味着如果你的表通过某个列或列组合进行分区，这个列或列组合必须是每个唯一索引的一部分。
全局和局部索引：在 MySQL 中，默认情况下，当你为分区表创建一个索引时，它会在每个分区上都创建相同的索引结构。尽管看起来像是全局索引覆盖了整个表，实际上每个分区都有自己独立的索引副本。所以，在物理存储层面，这些索引是局部的。但是在逻辑层面，因为查询可以不需要指定分区即可使用索引，所以它们看起来像是全局索引。
索引维护：由于每个分区都有其索引的副本，当执行插入、更新或删除等写操作时，只有相关分区的索引被更新。这有助于提高大型表的性能，但也意味着当数据跨分区移动时，多个分区的索引可能需要更新。
索引扫描：分区提供了额外的优化——分区裁剪（Partition Pruning）。当查询条件包含分区键时，MySQL 可以排除那些不包含相关数据的分区，从而避免扫描所有分区的索引和数据。这可以显著提高查询性能。
前缀索引：若分区键是字符串类型并且使用前缀作为分区键，则相应的索引也必须使用相同长度的前缀。