【分布式webscoket】IM聊天系统消息如何存储 如何分库分表以及Seata解决事务以及ShardingSphere-Scaling解决数据迁移

前言

在实现IM（即时通讯）聊天系统时，随着用户数量和消息量的增加，数据库的压力会逐渐增大。为了保证系统的可扩展性和性能，通常需要对聊天消息进行分库分表。以下是一些建议：

1. 分表策略
   按时间分表
   优点：可以根据时间轴快速查询，旧数据归档处理也较为方便。
   实现：每个时间周期（如每月、每周）创建一个新表，表名包含时间标识。
   按用户分表
   优点：可以将用户的消息分散到不同的表中，减少单表数据量，提高查询效率。
   实现：根据用户ID的hash值分配到不同的表中，例如根据用户ID对表的数量取模来决定数据存储在哪个表。
2. 分库策略
   按功能分库
   优点：将聊天消息、用户信息、群组信息等不同功能的数据存储在不同的数据库中，降低单个数据库的压力。
   实现：创建不同的数据库实例，分别用于存储聊天记录、用户信息等数据。
   按地域分库
   优点：对于跨地域的IM系统，按地域分库可以减少跨地域的数据访问，提高访问速度和减少延迟。
   实现：根据用户地域信息将数据存储在最近的数据库中。
3. 分库分表工具
   MyCAT：一个开源的数据库中间件，支持数据库的透明读写分离和分库分表。
   ShardingSphere：提供了数据分片、读写分离、分布式事务等功能，支持多种数据库。
4. 注意事项
   一致性和事务：分库分表后，跨库事务的一致性处理会变得复杂。可以考虑使用分布式事务解决方案，如Seata。
   数据迁移和扩容：随着系统的发展，可能需要对数据库进行扩容。设计时应考虑数据迁移的策略和工具。
   查询效率：分库分表后，跨表或跨库的联合查询可能会影响查询效率。需要优化查询逻辑，减少跨库跨表查询的场景。
   ID生成：分库分表后，需要保证全局ID的唯一性。可以使用雪花算法（Snowflake）等分布式ID或者好短生成策略。
   总之，分库分表是提高IM聊天系统性能和可扩展性的有效手段。在实施分库分表策略时，需要综合考虑数据的访问模式、业务需求和系统架构，以确保数据的一致性、可用性和高效性。

ShardingSphere如何处理按月分表查询

ShardingSphere是一个开源的分布式数据库解决方案，提供了数据分片、读写分离、分布式事务等功能。对于按月分表的场景，ShardingSphere可以通过配置分片策略来实现跨表查询，以支持按月分表的数据查询。以下是如何使用ShardingSphere来处理按月分表查询的基本步骤：

1. 定义分片策略
   首先，需要定义一个分片策略，指定如何根据查询条件来选择对应的表。对于按月分表，可以使用时间作为分片键，根据时间来选择对应的表。

sharding:
  tables:
    your_table:
      actualDataNodes: ds.your_table_$->{202101..202112}
      tableStrategy:
        standard:
          shardingColumn: create_time
          preciseAlgorithmClassName: com.yourpackage.YourPreciseShardingAlgorithm
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在这个配置中，actualDataNodes定义了实际的数据节点，your_table_$->{202101…202112}表示有从your_table_202101到your_table_202112共12个表。tableStrategy定义了表的分片策略，shardingColumn指定了分片键为create_time，preciseAlgorithmClassName指定了精确分片算法的实现类。
2. 实现精确分片算法
接下来，需要实现精确分片算法。这个算法需要根据分片键的值（在这个例子中是create_time）来计算数据应该存储在哪个表中。

public class YourPreciseShardingAlgorithm implements PreciseShardingAlgorithm<Date> {

    @Override
    public String doSharding(Collection<String> availableTargetNames, PreciseShardingValue<Date> shardingValue) {
        SimpleDateFormat formatter = new SimpleDateFormat("yyyyMM");
        // 根据create_time计算表名
        String tableName = "your_table_" + formatter.format(shardingValue.getValue());
        if (availableTargetNames.contains(tableName)) {
            return tableName;
        }
        throw new IllegalArgumentException();
    }
}
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这个算法将create_time的值格式化为yyyyMM格式，然后根据这个值来选择对应的表。
3. 查询数据
配置和算法准备好之后，就可以直接通过SQL来查询数据了。ShardingSphere会自动根据配置的分片策略和算法来路由到正确的表。

SELECT * FROM your_table WHERE create_time BETWEEN '2021-01-01' AND '2021-03-31';
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对于这个查询，ShardingSphere会根据create_time的值，自动路由到your_table_202101、your_table_202102和your_table_202103这三个表来执行查询。
注意事项
性能优化：在进行跨表查询时，尽量减少全表扫描，利用分片键进行过滤，以提高查询效率。
时间格式：确保应用程序中使用的时间格式与分片算法中使用的时间格式一致。
分片键选择：选择合适的分片键是优化查询性能的关键。对于按月分表，通常以时间字段作为分片键。
通过上述步骤，可以利用ShardingSphere实现按月分表的数据查询，同时保持良好的查询性能和数据管理的灵活性。

分库分表后什么情况下使用到分布式事务

1. 用户信息更新
   如果聊天系统将用户信息（如用户资料、好友列表）和消息数据分布在不同的数据库中，当用户更新资料同时需要更新好友列表时，这两个操作可能跨越不同的数据库实例。为了保证这两个操作要么同时成功要么同时失败，需要使用分布式事务。
2. 消息发送与状态更新
   在聊天系统中，发送一条消息可能涉及到多个步骤，如将消息写入消息表、更新用户的最后消息时间、修改未读消息计数等。如果这些数据分布在不同的数据库实例中，为了保证消息发送的原子性，需要使用分布式事务。
3. 群组操作
   对于群聊功能，当创建群组、添加或移除群成员时，可能需要同时更新群组信息、群成员列表和相关用户的群组列表。如果这些信息存储在不同的数据库实例中，操作这些数据时就需要使用分布式事务来保证数据的一致性。
4. 聊天记录归档
   在聊天系统中，可能需要定期将旧的聊天记录从主数据库迁移到归档数据库中。这个过程中，需要确保聊天记录在主数据库中删除的同时，成功写入归档数据库。这种跨数据库的数据迁移和同步操作需要使用分布式事务。
5. 跨服务操作
   如果聊天系统采用了微服务架构，各个服务可能使用独立的数据库实例。当一个业务流程涉及多个服务时（例如，用户注册流程可能涉及到用户服务、消息服务、统计服务等），为了保证跨服务数据操作的一致性，需要使用分布式事务。

分库分表解决事务

当然，我们要从设计上尽量避免，只是说一下解决方案。一般系统中seata和mq实现分布式事务是同时存在。看具体业务情况选择
分布式事务方案
ShardingSphere支持多种分布式事务方案，包括两阶段提交（2PC）、柔性事务（BASE）等。根据你的业务需求和系统架构，选择最适合的方案：
两阶段提交（2PC）：适用于对数据一致性要求极高的场景，但性能开销较大。
柔性事务（BASE）：通过最终一致性来实现分布式事务，适用于对实时性要求不是非常高的场景。
2. 配置ShardingSphere的分布式事务
在ShardingSphere中配置分布式事务，需要在application.yml或application.properties中进行相应配置。以下是一个使用Seata进行分布式事务管理的配置示例：

sharding:
  datasource:
    names: ds0,ds1
    ds0:
      type: com.zaxxer.hikari.HikariDataSource
      driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
      jdbc-url: jdbc:mysql://localhost:3306/ds0
      username: root
      password: 
    ds1:
      type: com.zaxxer.hikari.HikariDataSource
      driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
      jdbc-url: jdbc:mysql://localhost:3306/ds1
      username: root
      password: 
  transaction:
    seata:
      enabled: true
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3. 集成Seata
   如果选择Seata作为分布式事务方案，需要在项目中集成Seata客户端，并配置Seata服务端。Seata客户端的集成通常包括添加依赖、配置Seata的相关参数等步骤

<dependency>
    <groupId>io.seata</groupId>
    <artifactId>seata-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>最新版本</version>
</dependency>
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在application.yml中配置Seata的相关参数，包括服务组、服务端地址等：

seata:
  enabled: true
  application-id: ${spring.application.name}
  tx-service-group: my_test_tx_group
  service:
    vgroup-mapping:
      my_test_tx_group: default
    enable-degrade: false
    disable-global-transaction: false
  client:
    rm:
      report-success-enable: false
    tm:
      commit-retry-count: 5
      rollback-retry-count: 5
  registry:
    type: file
  config:
    type: file
    file:
      name: file.conf
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4. 使用分布式事务
   在业务代码中，使用@Transactional注解来标注需要在分布式事务中执行的方法。Seata会自动拦截这些方法，确保它们在分布式事务中正确执行。

import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;

@Service
public class YourService {

    @Transactional
    public void yourMethod() {
        // 你的业务逻辑
    }
}
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单表向分库分表迁移过程中数据迁移和扩容

我们采用同步插入 以及监听binlog解决更新删除数据的不同步问题。

步骤 1: 准备工作
确保你的ShardingSphere环境已经搭建好，并且Scaling功能可用。你需要有源数据库和目标数据库的访问权限，包括URL、用户名和密码。
步骤 2: 启动ShardingSphere-Scaling
如果你使用的是ShardingSphere的docker镜像，Scaling服务通常会随着ShardingSphere一起启动。确保Scaling服务已经启动并可以访问。
步骤 3: 访问ShardingSphere-Scaling UI
ShardingSphere-Scaling提供了一个Web界面，用于配置和监控数据迁移任务。访问这个界面通常需要知道Scaling服务的地址和端口。
步骤 4: 创建数据迁移任务
在UI界面中，你可以创建一个新的数据迁移任务。这通常包括以下几个步骤：

1. 指定源数据库和目标数据库：输入数据库的连接信息，包括JDBC URL、用户名和密码。
2. 配置迁移规则：根据你的分库分表策略，配置数据迁移的规则。这可能包括指定分片键、选择要迁移的表等。
3. 启动迁移任务：配置完成后，启动数据迁移任务。ShardingSphere-Scaling会开始将数据从源数据库迁移到目标数据库。
   步骤 5: 监控迁移进度
   通过UI界面，你可以监控数据迁移任务的进度。这包括已迁移的数据量、当前的迁移速度以及任何可能出现的错误信息。
   步骤 6: 数据同步
   在数据迁移完成后，ShardingSphere-Scaling可以继续运行，以同步源数据库和目标数据库之间的新数据变化，直到你决定停止同步。

ShardingSphere-Scaling的工作流程大致如下：

1. 全量数据迁移：首先，ShardingSphere-Scaling会将源数据库中的现有数据全量复制到目标数据库中。这一步骤确保了目标数据库包含了迁移开始时源数据库的所有数据。
2. 增量数据同步：在全量数据迁移的同时或之后，ShardingSphere-Scaling会开始捕获源数据库的增量数据变化（如新增、修改、删除操作），并将这些变化实时同步到目标数据库。这一步骤确保了在迁移过程中对源数据库进行的任何更改都会被同步到目标数据库，从而保持数据的一致性。
3. 切换数据源：当全量数据迁移完成并且增量数据同步达到一个可接受的延迟（理想情况下是几乎实时的）后，可以计划进行数据源的切换。这通常涉及到将应用的数据库连接从源数据库切换到目标数据库。在这个过程中，ShardingSphere-Scaling可以继续同步增量数据，直到切换完成，确保没有数据丢失。
4. 停止同步：数据源切换完成后，确认目标数据库正常运行且数据一致后，可以停止ShardingSphere-Scaling的同步任务。
   注意事项：
   监控同步延迟：在迁移过程中，应密切监控数据同步的延迟，确保增量同步能够跟上源数据库的变化速度。
   切换计划：数据源的切换应该仔细规划，确保应用的平滑过渡。可能需要在维护窗口内进行，尽管实际的数据迁移和同步是不停机的。
   测试验证：在正式切换之前，应在目标数据库上进行充分的测试，验证数据的完整性和应用的功能。
   ShardingSphere-Scaling通过这种方式实现了在线、不停机的数据迁移，帮助用户在不影响业务连续性的前提下，完成数据的分库分表迁移。

双写验证一致性

在进行数据迁移或分库分表时，双写验证是确保数据一致性的重要步骤。双写指的是在迁移过程中，同时向旧系统和新系统写入数据，然后比较两边的数据以验证一致性。以下是实现双写验证一致性的一般步骤：

1. 启用双写逻辑
   在应用层或中间件层实现双写逻辑，确保在迁移过程中，所有的写操作（包括新增、修改、删除等）同时对旧系统和新系统生效。这可能需要修改应用代码或使用数据库中间件来实现。
2. 监控和日志记录
   在双写过程中，增加监控和日志记录，捕获可能的写入错误或不一致情况。确保任何异常都能被及时发现和记录。
3. 数据比较和验证
   定期或实时地比较旧系统和新系统中的数据，验证数据的一致性。这可以通过以下几种方式实现：
   定期抽样比较：定期从两个系统中抽取样本数据，进行字段级的比较。
   全量数据对比：使用数据比较工具或脚本对全量数据进行比较，这通常在业务低峰期进行。
   实时数据对比：在某些场景下，可以实现实时数据对比逻辑，比如通过消息队列同步数据变更事件，然后在另一个系统中验证这些变更。
4. 处理不一致情况
   一旦发现数据不一致，需要有明确的流程和工具来处理这些不一致情况。处理方法可能包括：
   自动修复：对于一些简单的不一致情况，可以通过脚本或工具自动修复。
   手动干预：对于复杂的或系统性的不一致问题，可能需要手动分析原因并进行修复。
5. 切换和停止双写
   在确认新系统的数据完全一致且稳定运行一段时间后，可以计划停止双写，切换所有读写操作到新系统。在切换前，确保进行充分的测试和验证。
   注意事项：
   性能考虑：双写会增加系统的负载，可能影响性能。在实施双写时，需要评估性能影响并进行适当的优化。
   事务管理：在双写过程中，需要确保事务的一致性，特别是当两个系统的事务管理机制不一致时。
   回滚计划：在进行双写验证和数据迁移的整个过程中，需要准备好回滚计划，以应对可能出现的问题。
   双写验证是一个复杂的过程，需要仔细规划和执行，以确保数据迁移的成功和数据的一致性。