MongoDB-分區片鍵

1．分區

      分區是什麼。分區就是將資料存放區在多個機器上。當資料集超過單台伺服器的容量，伺服器的記憶體，磁碟IO都會有問題，即超過單台伺服器的效能瓶頸。此時有兩種解決方案，垂直擴充和水平擴充（分區）。

      垂直擴充就是增加CPU，增加容量，但高效能系統的CPU和容量不成比例，這樣擴充成本大，並且有上限。

      水平擴充分區，將資料分發到多個伺服器，每個伺服器是一個單獨的資料庫，各個伺服器加起來組成一個邏輯資料庫，把寫壓力和操作分流到不同伺服器，提高容量和輸送量。

      MongoDB的文檔是無模式的，不固定結構，因此只能進行水平分區。當塊超過指定大小或者文檔數超過最大文檔數，MongoDB嘗試分割這個塊，若分割成功，把它標記為一個大塊避免重複分割。拆分塊的關鍵就是片鍵，下面介紹常見片鍵的種類。

2．片鍵種類

      片鍵是文檔的一個屬性欄位或者一個複合索引欄位，一旦建立不能改變。片鍵是分區拆分資料的關鍵，片鍵的選擇直接影響叢集的效能。

      MongoDB首先根據片鍵劃分塊chunks當塊超過指定大小（預設64M），然後把塊分到其他的分區上，片鍵類型主要有以下幾種：

      注意：片鍵也是查詢時常用的一個索引。

（1） 遞增片鍵

      這類片鍵比較常見，比如使用時間戳，日期，自增的主鍵，ObjectId，_id等，此類片鍵的寫入操作集中在一個分區伺服器上，寫入不具有分散性，這會導致單台伺服器壓力較大，但分割比較容易，這台伺服器可能會成為效能瓶頸。

遞增片鍵的建立，對foo資料庫的bar集合使用timestamp時間戳記分區

mongos> use foomongos> db.bar.ensureIndex({"timestamp":1})mongos> sh.enableSharding("foo"){ "ok" : 1 }mongos> sh.shardCollection("foo.bar",{"timestamp":1}){ "collectionsharded" : "foo.bar", "ok" : 1 }

 （2） 雜湊片鍵

      使用一個雜湊索引欄位作為片鍵，優點是使資料在各節點分布比較均勻，資料寫入可隨機分發到每個分區伺服器上，把寫入的壓力分散到了各個伺服器上。但是讀也是隨機的，可能會命中更多的分區，一般具有隨機性的片鍵（如密碼，雜湊，MD5）查詢隔離效能比較差。

雜湊片鍵的建立，對GridFS的chunks集合使用files_id雜湊分區

mongos> db.bar.ensureIndex({"files_id":"hashed"})mongos> sh.enableSharding("foo"){ "ok" : 1 }mongos> sh.shardCollection("foo.fs.chunks",{"files_id":"hashed"}){ "collectionsharded" : " foo.fs.chunks ", "ok" : 1 }

 （3） 組合片鍵

      資料庫中沒有比較合適的片鍵供選擇，或者是打算使用的片鍵基數太小（即變化少如星期只有7天可變化），可以選另一個欄位使用組合片鍵，甚至可以添加冗餘欄位來組合。一般是粗粒度+細粒度進行組合。

組合片鍵的建立，對GridFS的chunks集合使用files_id和n組合分區

mongos> sh.enableSharding("foo"){ "ok" : 1 }mongos> sh.shardCollection("foo.fs.chunks",{"files_id":1, "n":1}){ "collectionsharded" : " foo.fs.chunks ", "ok" : 1 }

（4） 標籤分區

      資料存放區在指定的分區伺服器上，可以為分區添加tag標籤，然後指定相應的tag，比如讓10.*.*.*(T)出現在shard0000上，11.*.*.*(Q)出現在shard0001或shard0002上，就可以使用tag讓均衡器指定分發。

標籤分區的建立

mongos > sh.addShardTag("shard0000", "T")mongos > sh.addShardTag("shard0001", "Q")mongos > sh.addShardTag("shard0002", "Q")mongos> sh.addTagRange("foo.ips",{ "ip": "010.000.000.000 ", … , "ip": "011.000.000.000 "}}, "T")mongos> sh.addTagRange("foo.ips",{ "ip": "011.000.000.000 ", … , "ip": "012.000.000.000 "}}, "Q")

 3．片鍵選擇策略

      大致瞭解了片鍵的種類，那麼怎麼選擇片鍵呢。無非從兩個方面考慮，資料的查詢和寫入，最好的效果就是資料查詢時能命中更少的分區，資料寫入時能夠隨機的寫入每個分區，關鍵在於如何權衡效能和負載。

如何選擇片鍵主要從下面幾個問題考慮：

（1）首先確定一個經常性查詢的欄位

（2）找到影響這些操作效能的關鍵點