MySQL之KEY分区引发的血案

业务表tb_image部分数据如下所示，其中id唯一，image_no不唯一。image_no表示每个文件的编号，每个文件在业务系统中会生成若干个文件，每个文件的唯一ID就是字段id：

业务表tb_image的一些情况如下：

根据上面对业务的分析，分库分表完全没有必要。单库分表的话，由于要根据image_no和id查询，所以，一种方案是冗余分表（即一份数据以image_no为分片键保存，另一份数据以id为分片键保存）；另一种方案是只以image_no为分片键，而基于id的查询需求，业务层进行结果归并或者引入第三方中间件。

考虑到单库分表比较复杂，所以决定使用分区特性，而且容量评估分区表方案128个分区（每个分区数据量kw级别）完全能保证业务至少稳定运行15年（图中橙色部分是比较贴合自身业务实际增长情况）：

另外，由于RANGE, LIST, HASH分区都不支持VARCHAR列，所以决定采用KEY分区，官方介绍它的原理是以MySQL内置hash算法然后对分区数取模。

选定分片键为image_no，并且决定分区数为128后，就要灌入数据进行可行性和性能测试了。分区数选择128的原因是：11亿/1kw=110≈128，另外程序员情节，喜欢用2的N次方，你懂的。然而， 这个分区数128就是一切噩梦的开始 。

我尝试先插入10w数据到128个分区中，插入后，让我惊讶的现象出现了： 所有奇数编号分区（p1, p3, p5, ... , p2n-1）中居然没有一条数据 ，同时，任何一个偶数编号分区却有很多的数据，而且还不是很均匀。如下图所示：

说明 ：奇数编号分区的ibd文件大小都是112k，这是创建分区表时初始化大小，实际并没有任何数据。我们可以通过SQL： select partition_name, partition_expression, table_rows from information_schema.partitions where table_schema = schema() and table_name='image_subpart'验证，其部分结果如下图所示：

难道10w条数据还不够说明问题？平均下来每个分区可是有近800条数据！好吧，来点猛的：我再插入990w条数据，总计1kw数据。结果还是一样，奇数编号分区没有数据，偶数编号都有分区。

我们再来回想一下KEY分区的原理： 通过MySQL内置hash算法对分片键计算hash值后再对分区数取模 。这个原理也可以从MySQL官网找到，请戳链接： 22.2.5 KEY Partitioning: https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/partitioning-key.html ，截取原文如下：

这个世界上不会有这么渣渣的hash算法吧？ 随便写个什么算法也不至于这么不均匀吧？这时候我怀疑是否有一些什么配置引起的。但是 show variables 中并没有任何与partition相关的变量。

这个时候，一万匹马奔腾而过。会不会是文档和源码不同步导致的？好吧，看MySQL的源码，毕竟， 源码才是最接近真相的地方 。KEY分区相关源码在文件 sql_partition.cc 中，笔者截取部分关键源码，如下所示，初略观察，并没有什么不妥，先计算分区字段的hash值然后对分区数取模：

怀着绝望的心情，请出搜索引擎搜索："KEY分区数据不均匀"，搜索结果中的CSDN论坛（ https://bbs.csdn.net/topics/390857704 ）里有个民间高手 华夏小卒 回答如下：

这个时候，又是一万匹马奔腾而过。不过F**K的同时，心里也是有点小激动，因为可能找到解决办法了（虽然还不知道MySQL内置hash算法为毛会这样），最后笔者再次对KEY分区测试并总结如下：

如下图所示，是笔者把分区数调整为127并插入100w数据后的情况，通过SQL证明每个分区的数据量几乎一样：

MySQL的KEY分区这么大的使用陷阱，居然在官方上没有任何说明，这让笔者感到非常震惊。笔者还尝试Google搜索 mysql partition key uneven ，也有很多结果，例如 stackoverflow：https://stackoverflow.com/questions/38454354/mysql-uneven-distribution-of-data-into-partitions-when-using-key-partitioning ，此外还有MySQL bug： Bug #72428 Partition by KEY() results in uneven data distribution

正在看此文并有很强烈兴趣的同学，可以尝试更深入这个问题。笔者接下来也会找个时间，根据MySQL源码深入挖掘其hash算法的实现为什么对分区数如此敏感。

mysql数据库KEY分区用法

按照KEY进行分区类似于按照HASH分区，除了HASH分区使用的用户定义的表达式，而KEY分区的

哈希函数是由MySQL

服务器提供。MySQL

簇(Cluster)使用函数MD5()来实现KEY分区对于使用其他存储引擎的表，服务器使用其自己内部的

哈希函数，这些函数是基于与PASSWORD()一样的运算法则。

“CREATE

TABLE

...

PARTITION

BY

KEY”的语法规则类似于创建一个通过HASH分区的表的规则。它们唯一的区别在于使用的关键字是KEY而不是HASH，并且KEY分区只采用一个或多个列名的一个列表。

通过线性KEY分割一个表也是可能的。下面是一个简单的例子：

CREATE

TABLE

tk

(

col1

INT

NOT

NULL,

col2

CHAR(5),

col3

DATE

)

PARTITION

BY

LINEAR

KEY

(col1)

PARTITIONS

3

在KEY分区中使用关键字LINEAR和在HASH分区中使用具有同样的作用，分区的编号是通过2的幂(powers-of-two)算法得到，而不是通过模数算法。

  表分区是将⼀个表的数据按照⼀定的规则⽔平划分为不同的逻辑块，并分别进⾏物理存储，这个规则就叫做分区函数，可以有不同的分区规则。5.7可以通过show plugins语句查看当前MySQL是否⽀持表分区功能。

  但当表中含有主键或唯⼀键时，则每个被⽤作 分区函数的字段必须是表中唯⼀键和主键的全部或⼀部分 ，否则就⽆法创建分区表。⽐如下⾯的表由于唯⼀键和主键没有相同的字段，所以⽆法创建表分区

上述例⼦中删除唯⼀键，确保主键中的字段包含分区函数中的所有字段，创建成功

或者将主键扩展为包含ref字段

表分区的主要优势在于：

  可以允许在⼀个表⾥存储更多的数据，突破磁盘限制或者⽂件系统限制

  对于从表⾥将过期或历史的数据移除在表分区很容易实现，只要将对应的分区移除即可

  对某些查询和修改语句来说，可以 ⾃动 将数据范围缩⼩到⼀个或⼏个表分区上，优化语句执⾏效率。⽽且可以通过 显示指定表分区 来执⾏语句，⽐如 SELECT * FROM t PARTITION (p0,p1) WHERE c <5

表分区类型分为：

范围表分区，按照⼀定的范围值来确定每个分区包含的数据，分区函数使⽤的字段必须只能是 整数类型，分区的定义范围必须是连续的，且不能有重叠部分，通过使⽤VALUES LESS THAN来定义分区范围，表分区的范围定义是从⼩到⼤定义的

⽐如：

  Store_id<6的数据被放在p0分区⾥，6<=store_id<10之间的数据被放在p1分区⾥，以此类推，当新插⼊的数据为(72, ‘Mitchell’, ‘Wilson’, ‘1998-06-25’, NULL, 13) 时，则新数据被插⼊到p2分区⾥，但当插⼊的数据的store_id为21时，由于没有分区去容纳此数据，所以会报错，我们需要修改⼀下表的定义

报错：

修改表的定义：

   MAXVALUE关键词的作⽤是表示可能的最⼤值，所以任何store_id>=16的数据都会被写⼊到p3分区⾥。分区函数中也可以使⽤表达式 ，⽐如：

   对timestamp字段类型可以使⽤的表达式⽬前仅有unix_timestamp ，其他的表达式都不允许

列表表分区，按照⼀个⼀个确定的值来确定每个分区包含的数据，通过PARTITION BY LIST(expr)分区函数表达式必须返回整数，取值范围通过VALUES IN (value_list)定义

对List表分区来说，没有MAXVALUE特殊值，所有的可能取值都需要再VALUES IN中包含，如果有未定义的取值则会报错

同样，当有主键或者唯⼀键存在的情况下，分区函数字段需要包含在主键或唯⼀键中

对range和list表分区来说，分区函数可以包含多个字段，分区多字段函数(column partition) 所涉及的字段类型可以包括：

范围多字段分区函数与普通的范围分区函数的区别在于：

a) 字段类型多样化

b) 范围多字段分区函数 不⽀持表达式，只能⽤字段名

c) 范围多字段分区函数⽀持⼀个或多个字段

再⽐如创建如下的表分区：

对多列对⽐来说：

当然只要保证取值范围是增⻓的，表分区就能创建成功，⽐如：

但如果 取值范围不是增⻓的，就会返回错误 ：

对其他数据类型的⽀持：

list列表多字段表分区，例如：你有一个在12个城市客户的业务, 为了销售和市场的目的, 你的组织每3个城市划分为一个区域针对LIST COLUMNS分区, 你可以基于城市的名称创建一个客户数据表并声明4个分区当你的客户在对应的这个区域:

使用日期分区

但是这种情况在日期增长到非常大的时候是很复杂的, 所以这种还是使用RANGE 分区方式比较好

  按照⼀个⾃定义的函数返回值来确定每个分区包含的数据，这个 ⾃定义函数也可以仅仅是⼀个字段名字

  通过PARTITION BY HASH (expr)⼦句来表达哈希表分区，其中的 expr表达式必须返回⼀个整数，基于分区个数的取模（%）运算。根据余数插⼊到指定的分区

  对哈希表分区来说只需要定义分区的个数，其他的事情由内部完成

如果没有写明PARTITIONS字段，则默认为1，表达式可以是整数类型字段，也可以是⼀个函数，⽐如

⽐如： CREATE TABLE t1 (col1 INT, col2 CHAR(5), col3 DATE) PARTITION BY HASH( YEAR(col3) ) PARTITIONS 4

如果插⼊⼀条数据对应的col3为‘2005-09-15’时，则插⼊数据的分区计算⽅法为：

  与哈希表分区类似，只不过哈希表分区依赖于⾃定义的函数，⽽key表分区的哈希算法是依赖MySQL本身， CREATE TABLE ... PARTITION BY KEY () 创建key表分区， 括号⾥⾯可以包含0个或者多个字段，所引⽤的字段必须是主键或者主键的⼀部分 ，如果括号⾥⾯没有字段，则代表使⽤主键

如果表中没有主键但有唯⼀键，则使⽤唯⼀键，但 唯⼀键字段必须定义为not null ，否则报错

所引⽤的字段未必必须是整数类型，其他的类型也可以使⽤，⽐如：

⼦表分区，是在表分区的基础上再创建表分区的概念， 每个表分区下的⼦表分区个数必须⼀致 ，⽐如：

ts表拥有三个范围分区，同时每个分区都各⾃有两个⼦分区，所以总共有6个分区

⼦表分区必须是范围/列表分区+哈希/key⼦表分区的组合

⼦表分区也可以显示的指定⼦表分区的名字，⽐如：

不同的表分区对NULL值的处理⽅式不同

对范围表分区来说，如果插⼊的是NULL值，则将数据放到最⼩的分区表⾥

对list表分区来说，⽀持NULL值的唯⼀情况就是某个分区的允许值中包含NULL

对哈希表分区和Key表分区来说，NULL值会被当成0值对待

通过alter table命令可以执⾏增加，删除，重新定义，合并或者拆分表分区的管理动作

对范围表分区和列表表分区来说，删除⼀个表分区命令如下：

删除表分区的动作不光会把分区删掉，也会把表分区⾥原来的数据给删除掉

在原分区上增加⼀个表分区可以通过alter table … add partition语句来完成

但对范围表分区来说，增加的表分区必须在尾部增加，在头部或者在中间增加都会失败：

为解决这个问题，可以使⽤ REORGANIZE 命令：

对列表表分区来说，只要新增加的分区对应的值在之前的表分区中没有出现过，就可以通过alter table… add partition来增加

当然， 也可以通过REORGANIZE命令将之前的多个分区合并成⼀个或⼏个分区，但要保持分区值⼀致：

更复杂的⽐如将多个分区重组成多个分区：

---