分片策略是基于范围、哈希、列表还是目录?

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muskanislam99
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分片策略是基于范围、哈希、列表还是目录?

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WhatsApp 这种大规模的分布式系统,在选择分片策略时,通常会根据不同的数据类型和访问模式,灵活地采用多种分片策略的组合,以达到最佳的性能、可扩展性、可用性和维护性。然而,对于其核心的消息和用户数据,最核心和广泛采用的策略是哈希分片和基于目录的分片的某种组合,并结合范围分片处理时间序列数据。

1. 核心分片策略:哈希分片(Hash Sharding)
定义: 哈希分片是通过对分片键(如 user_id 或 group_id)执行哈希函数,将结果映射到特定的分片。
优点:
均匀数据分布: 哈希函数通常能将数据非常均匀地分散到所有可用的分片上,有效避免热点问题(Hotspotting),即少数分片承载了大部分负载。这对于 WhatsApp 处理随机且高并发的用户/群组活动至关重要。
易于增加/删除分片: 当需要扩展(增加分片)或缩减(删除分片)时,通过调整哈希函数或使用一致性哈希,可以最小化数据迁移。
缺点:
范围查询效率低: 由于数据是分散的,按 法国 whatsapp 数据库 某个范围(如按时间范围查询所有用户)进行查询时,可能需要查询所有分片,效率低下。
数据共置限制: 不利于将业务逻辑上相关但分片键不同的数据共置。
WhatsApp 应用:
消息数据: 消息通常按 chat_id 或 group_id 进行分片。为了实现均匀分布和防止某些聊天成为热点,WhatsApp 很有可能对 chat_id 或 group_id 执行哈希运算,将其映射到数百甚至数千个逻辑分片(这些逻辑分片再映射到物理服务器)。
用户数据: 用户主数据 (Users 表) 也可能根据 user_id 进行哈希分片,以确保用户数据在所有服务器上的均匀分布。
2. 辅助策略:目录分片(Directory-Based Sharding)
定义: 目录分片使用一个单独的查找服务(Lookup Service)或元数据表来维护分片键到物理分片地址的映射关系。当需要访问数据时,首先查询目录服务来找到正确的分片。
优点:
极度灵活: 允许根据需要动态地移动数据分片,例如为了再平衡负载或将热点分片迁移到更高性能的服务器。
易于管理: 分片策略的更改(如增加分片、合并分片)可以通过更新目录服务来完成,而无需更改应用程序代码或重新计算哈希。
缺点:
单点故障风险: 目录服务本身可能成为瓶颈或单点故障(需要高度可用和复制)。
额外查询开销: 每次查询都需要先查询目录服务。
WhatsApp 应用:
虽然核心分片是哈希,但很可能有一个内部的分片映射服务,类似目录服务,来管理逻辑分片到物理服务器的映射。这使得 WhatsApp 能够在不停机的情况下动态调整底层基础设施,例如在检测到热点时迁移数据,或添加新的数据库服务器。
3. 针对时间序列数据:范围分片(Range Sharding)
定义: 范围分片是根据分片键的特定范围将数据分配给分片。例如,按时间范围(如每月数据一个分片)或按字母范围。
优点:
高效的范围查询: 某些查询天然需要按时间范围(如“获取过去 24 小时内的所有消息”)执行,范围分片可以高效地将这些查询路由到少数分片。
数据归档: 历史数据可以轻松地移动到低成本存储或进行归档。
缺点:
热点问题: 如果分片键是单调递增的(如时间戳),则所有新写入都会集中在最新的分片上,导致写入热点。
WhatsApp 应用:
虽然消息的核心分片是哈希,但对于长期历史数据的存储和归档,或者某些分析目的,WhatsApp 可能会采用基于时间的范围分片。例如,将非常老的聊天消息数据按年份或月份归档到不同的存储层。
4. 列表分片(List Sharding)
定义: 根据分片键的离散值列表将数据分配给分片。例如,将所有用户 ID 模 100 后的余数分配到 100 个分片中的一个。
优点: 简单直接,适用于有限且已知的分片键值。
缺点: 不易扩展,添加新分片时需要重新分配键值。
WhatsApp 应用: 不太可能作为主要分片策略,因为其用户和群组数量巨大且动态变化,不适合预先定义列表。
结论:多种策略的组合
WhatsApp 最可能采用的是哈希分片作为主要的实时消息和用户数据分布策略,因为它能确保数据在海量节点间的均匀分布和高吞吐量。同时,结合目录服务来管理哈希分片到物理服务器的映射关系,提供运维灵活性。对于一些辅助性或历史性数据的存储,也可能结合范围分片进行归档或优化特定类型的查询。
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