本文介绍了分析和处理数据倾斜问题的方法。

概述

PolarDB-X是由阿里巴巴自主研发的云原生分布式数据库,在物理资源上是由多个节点所组成的分布式集群。通过数据分区的方式,可以将数据分布到集群中的多个存储节点,发挥多个节点的存储和计算能力。

当存储节点的数据分布不均匀,大部分数据集中在一两个节点时,将导致节点负载过高、查询缓慢,甚至造成节点故障,这种现象称之为数据倾斜。这类问题无法通过扩容来解决,需要使用本文介绍的方法分析和处理。

456789

问题分析

数据倾斜问题可以按照分库级、分表级、分区级的思路由浅入深进行分析排查。

分库级数据倾斜
执行show db status 语句,能够显示当前数据库中的所有物理库的数据大小,部分参数说明如下:
  • PHYSICAL_DB:物理库名
  • SIZE_IN_MB:数据大小
  • RATIO:数据比例
show db status;

返回信息如下:

+----+---------------------------+--------------------+---------------------------+------------+--------+----------------+
| ID | NAME                      | CONNECTION_STRING  | PHYSICAL_DB               | SIZE_IN_MB | RATIO  | THREAD_RUNNING |
+----+---------------------------+--------------------+---------------------------+------------+--------+----------------+
| 1  | hehe@polardbx-polardbx    | 47.100.XX.XX:3306 | TOTAL                     |  0.875     | 100%   | 1              |
| 2  | hehe@polardbx-polardbx    | 47.100.XX.XX:3306 | hehe_000000               |  0.203125  | 23.21% |                |
| 3  | hehe@polardbx-polardbx    | 47.100.XX.XX:3306 | hehe_000001               |  0.203125  | 23.21% |                |
| 4  | hehe@polardbx-polardbx    | 47.100.XX.XX:3306 | hehe_000002               |  0.203125  | 23.21% |                |
| 5  | hehe@polardbx-polardbx    | 47.100.XX.XX:3306 | hehe_000003               |  0.203125  | 23.21% |                |
| 6  | hehe@polardbx-polardbx    | 47.100.XX.XX:3306 | hehe_single               |  0.0625    | 7.14%  |                |
+----+---------------------------+--------------------+---------------------------+------------+--------+----------------+

6 rows in set

在数据倾斜的情况下,多个物理库的SIZE_IN_MBRATIO会相差较大。对于其中数据量较多的分库,可以通过分表级的信息进一步分析。

分表级数据倾斜
  • 执行show table status语句,查看当前库的所有数据表大小。部分参数说明如下:

    • ROWS:近似的数据行数
    • DATA_LENGTH:近似的数据量
    show table status;

    返回信息如下:

    +----------+--------+---------+------------+------+----------------+-------------+-----------------+--------------+-----------+----------------+---------------------+-------------+------------+--------------------+----------+----------------+---------+
    | NAME     | ENGINE | VERSION | ROW_FORMAT | ROWS | AVG_ROW_LENGTH | DATA_LENGTH | MAX_DATA_LENGTH | INDEX_LENGTH | DATA_FREE | AUTO_INCREMENT | CREATE_TIME         | UPDATE_TIME | CHECK_TIME | COLLATION          | CHECKSUM | CREATE_OPTIONS | COMMENT |
    +----------+--------+---------+------------+------+----------------+-------------+-----------------+--------------+-----------+----------------+---------------------+-------------+------------+--------------------+----------+----------------+---------+
    | test_tb  | InnoDB | 10      | Dynamic    | 0    | 0              | 131072      | 0               | 131072       | 0         | 100000         | 2021-08-19 07:40:07 | <null>      | <null>     | utf8mb4_general_ci | <null>   |                |         |
    | test_tb1 | InnoDB | 10      | Dynamic    | 0    | 0              | 65536       | 0               | 65536        | 0         | 100000         | 2021-08-19 07:52:24 | <null>      | <null>     | utf8mb4_general_ci | <null>   |                |         |
    +----------+--------+---------+------------+------+----------------+-------------+-----------------+--------------+-----------+----------------+---------------------+-------------+------------+--------------------+----------+----------------+---------+
    
    2 rows in set
  • 执行show table info from $TABLE语句,查看分表级的数据大小,示例如下:

    show create table test_tb\G

    返回信息如下:

    ***************************[ 1. row ]***************************
    Table        | test_tb
    Create Table | CREATE TABLE `test_tb` (
            `id` int(11) DEFAULT NULL,
            `c1` bigint(20) DEFAULT NULL,
            `c2` varchar(100) DEFAULT NULL,
            KEY `auto_shard_key_id` USING BTREE (`id`)
    ) ENGINE = InnoDB DEFAULT CHARSET = utf8mb4  dbpartition by hash(`id`) tbpartition by hash(`id`) tbpartitions 2
    show table info from test_tb;
    说明PolarDB-X的5.4.11及以上版本支持该命令。

    返回信息如下:

    +----+--------------------+----------------+------------+
    | ID | GROUP_NAME         | TABLE_NAME     | SIZE_IN_MB |
    +----+--------------------+----------------+------------+
    | 0  | test_polarx_000000 | test_tb_hg6z_0 | 0.03125    |
    | 1  | test_polarx_000000 | test_tb_hg6z_1 | 0.03125    |
    | 2  | test_polarx_000001 | test_tb_hg6z_2 | 0.03125    |
    | 3  | test_polarx_000001 | test_tb_hg6z_3 | 0.03125    |
    | 4  | test_polarx_000002 | test_tb_hg6z_4 | 0.03125    |
    | 5  | test_polarx_000002 | test_tb_hg6z_5 | 0.03125    |
    | 6  | test_polarx_000003 | test_tb_hg6z_6 | 0.03125    |
    | 7  | test_polarx_000003 | test_tb_hg6z_7 | 0.03125    |
    +----+--------------------+----------------+------------+
    8 rows in set

test_tb表的拆分语句是dbpartition by hash(id)tbpartition by hash(id) tbpartitions 2,因此有4个分库,8个分表。以上的show table info from test_tb命令中, SIZE_IN_MB即每个分表的数据大小。

如果分表之间的数据容量相差较多,表示发生了分表的数据倾斜,可能是由于tbpartition by的拆分不当导致的。

分区级数据倾斜

对于PolarDB-X的分区表来说,支持更灵活的数据拆分方式,即LIST、HASH或RANGE分区,以及灵活的分区分裂、合并、迁移。

对于分区表来说,同样支持通过show table info from $TABLE命令查询每个分表的物理大小。

除此之外,分区表还支持通过select * from information_schema.table_detail where logical_table='test_tb' 查询分区级的详细信息,部分参数说明如下:
  • PARTITION_NAME:分区名
  • TABLE_ROWS:分区的数据行数
  • DATA_LENGTH:分区的数据大小
  • PERCENT:分区的数据比例

返回信息如下:

+-------------+------------------+---------------+----------------+---------------+----------------+------------+-------------+--------------+----------------------------------------------+------------------------------------+
| SCHEMA_NAME | TABLE_GROUP_NAME | LOGICAL_TABLE | PHYSICAL_TABLE | PARTITION_SEQ | PARTITION_NAME | TABLE_ROWS | DATA_LENGTH | INDEX_LENGTH | BOUND_VALUE                                  | PERCENT                            |
+-------------+------------------+---------------+----------------+---------------+----------------+------------+-------------+--------------+----------------------------------------------+------------------------------------+
| partdb_test | tg73             | test_tb       | test_tb_00000  | 0             | p1             | 0          | 16384       | 16384        | [MINVALUE, -6917529027641081843)             | 0.00%├-------------------------┤   |
| partdb_test | tg73             | test_tb       | test_tb_00001  | 1             | p2             | 1          | 16384       | 16384        | [-6917529027641081843, -4611686018427387893) | 9.09%├███-----------------------┤  |
| partdb_test | tg73             | test_tb       | test_tb_00002  | 2             | p3             | 1          | 16384       | 16384        | [-4611686018427387893, -2305843009213693943) | 9.09%├███-----------------------┤  |
| partdb_test | tg73             | test_tb       | test_tb_00003  | 3             | p4             | 0          | 16384       | 16384        | [-2305843009213693943, 7)                    | 0.00%├-------------------------┤   |
| partdb_test | tg73             | test_tb       | test_tb_00004  | 4             | p5             | 6          | 16384       | 16384        | [7, 2305843009213693957)                     | 54.55%├██████████████------------┤ |
| partdb_test | tg73             | test_tb       | test_tb_00005  | 5             | p6             | 2          | 16384       | 16384        | [2305843009213693957, 4611686018427387907)   | 18.18%├█████---------------------┤ |
| partdb_test | tg73             | test_tb       | test_tb_00006  | 6             | p7             | 1          | 16384       | 16384        | [4611686018427387907, 6917529027641081857)   | 9.09%├███-----------------------┤  |
| partdb_test | tg73             | test_tb       | test_tb_00007  | 7             | p8             | 0          | 16384       | 16384        | [6917529027641081857, 9223372036854775807)   | 0.00%├-------------------------┤   |
+-------------+------------------+---------------+----------------+---------------+----------------+------------+-------------+--------------+----------------------------------------------+------------------------------------|

8 rows in set

在以上示例中,分区p5的数据量明显多于其他分区,存在数据倾斜。

解决方法

数据倾斜通常是由于数据拆分的方式不当造成的,常见原因如下:
  • 使用了不恰当的拆分函数,例如UNI_HASH ,但拆分键不具备均匀分布的特征;
  • 拆分键的区分度过低,例如HASH分区,按照省份拆分,但省份实际较少,容易造成数据不均;
  • 某些拆分键存在较多的数据,例如订单表按照卖家ID进行拆分,部分的大卖家可能存在较多的数据。
拆分方式调整
对于拆分方式选择不当导致的数据倾斜问题,通常需要调整拆分方式,包括以下两方面:
  • 调整拆分函数:分库分表可以选择HASH、UNI_HASH或STR_HASH等拆分函数;分区表可采用HASH、KEYS、RANGE或RANGE COLUMN等拆分方式;
  • 调整拆分键:
    • 选择较为均匀,不存在热点的拆分键;
    • 选择区分度较高的拆分键,避免HASH结果不均匀;
    • 大部分查询都通过拆分键做等值查询,尽量避免查询多个分片。
在选择好数据拆分方式之后,可以通过如下方法对数据表进行调整:
  • 重建表:重建另一个新的表,将旧表的数据导入。
    说明 此方法需要先停止业务写入。
  • 在线调整分区:通过变更表类型及拆分规则在线修改分区方式;无需停止业务写入,但此过程仍然需要重写全表数据,开销较大,需要在业务低峰期执行。
示例:发现test_tb表存在数据倾斜,原因在于数据拆分键使用不当,因此可以通过以下语句将拆分键调整成hash(order_id)
ALTER TABLE test_tb dbpartition BY hash(`order_id`);
分区调整

PolarDB-X中,实现了更灵活的基于分区表的数据分布,因此可以实现分区级的分裂及迁移,解决数据倾斜问题。分区调整能够解决的场景主要是分区过大导致的数据倾斜,不适用于拆分函数选择不当等问题。

以Range分区举例:
  1. 建表时指定两个分区,p0和p1,其范围分别是 [-inf,1000), [1000,2000);
  2. 发现分区p0数据过多,存在数据倾斜,因此将分区p0进行分裂,使其分布到多个节点;
  3. 默认新建的分区会创建到数据量最少的节点上,如果不满足需求,可另外进行分区迁移。
CREATE TABLE `table_range` (
        `id` int(11) DEFAULT NULL
) PARTITION BY RANGE(`id`)
(PARTITION p0 VALUES LESS THAN (1000),
 PARTITION p1 VALUES LESS THAN (2000)
) /* tablegroup = `tg110` */ ;

ALTER TABLEGROUP tg110 SPLIT PARTITION p0 INTO 
(partition p0_1 values less than (500), 
 partition p0_2 values less than (1000) );
注意 SPLIT PARTITION操作的对象是TABLEGROUP而非单个表,通过SHOW FULL CREATE TABLE命令可以查看一个表所属的tablegroup。