MySQL学习记录之KEY分区引发的血案

需求背景

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image_no查询和根据id查询；
• 存量数据2kw；
• 日增长4w左右；
• 日查询量20w左右；
• 非ToC系统，所以并发的天花板可见；
  

方案选择

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。

性能测试

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。

问题思考

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：

Partitioning by key is similar to partitioning by hash, except that where hash partitioning employs a user-defined expression, the hashing function for key partitioning is supplied by the MySQL server. NDB Cluster uses MD5() for this purpose; for tables using other storage engines, the server employs its own internal hashing function which is based on the same algorithm as PASSWORD().

**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：

/**
 Calculate part_id for (SUB)PARTITION BY KEY
 @param file        Handler to storage engine
 @param field_array     Array of fields for PARTTION KEY
 @param num_parts      Number of KEY partitions
 @param func_value[out]   Returns calculated hash value
 @return Calculated partition id
*/
inline
static uint32 get_part_id_key(handler *file,
               Field **field_array,
               uint num_parts,
               longlong *func_value)
{
 DBUG_ENTER("get_part_id_key");
 // 计算分区字段的hash值
 *func_value= file->calculate_key_hash_value(field_array);
 // 对分区数取模
 DBUG_RETURN((uint32) (*func_value % num_parts));
}

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：

一个同事根据password函数，分析并测出，key分区，只能指定分区数目为质数，才能保证每个分区都有数据。我测了下，从11个分区，到17个分区。 只有11,13,17 ，这3个分区的数据是基本平均分布的。

这个时候，又是一万匹马奔腾而过。不过 WHAT THE 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分区测试并得出总结如下：

1. 如果设置40，64，128等偶数个分区数（PARTITIONS 64），会导致编号为奇数的分区（p1, p3, p5, p7, … p2n-1）完全插不进数据；
2. 如果设置63，121（PARTITIONS 63）这种奇数但非质数个分区数，所有分区都会有数据，但是不均匀；
3. 如果设置137，31这种质数个分区数（PARTITIONS 137），所有分区都会有数据，并且非常均匀；

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：

总结回顾

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。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。