数据库分库分表中间件 Sharding-JDBC 源码分析 —— SQL 执行
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数据库分库分表中间件 Sharding-JDBC 源码分析 —— SQL 执行相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
摘要: 原创出处 http://www.iocoder.cn/Sharding-JDBC/sql-execute/ 「芋道源码」欢迎转载，保留摘要，谢谢！
本文主要基于 Sharding-JDBC 1.5.0 正式版
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1. 概述
越过千山万水（SQL 解析、SQL 路由、SQL 改写），我们终于来到了 SQL 执行。开森不开森？！
本文主要分享SQL 执行的过程，不包括结果聚合。《结果聚合》 东半球第二良心笔者会更新，关注微信公众号【芋道源码】完稿后第一时间通知您哟。
绿框部分 SQL 执行主流程。
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2. ExecutorEngine
ExecutorEngine，SQL执行引擎。
分表分库，需要执行的 SQL 数量从单条变成了多条，此时有两种方式执行：
串行执行 SQL
并行执行 SQL
前者，编码容易，性能较差，总耗时是多条 SQL 执行时间累加。
后者，编码复杂，性能较好，总耗时约等于执行时间最长的 SQL。
ExecutorEngine 当然采用的是后者，并行执行 SQL。
2.1 ListeningExecutorService
Guava( Java 工具库 ) 提供的继承自 ExecutorService 的线程服务接口，提供创建 ListenableFuture 功能。ListenableFuture 接口，继承 Future 接口，有如下好处：
我们强烈地建议你在代码中多使用ListenableFuture来代替JDK的 Future, 因为：
大多数Futures 方法中需要它。
转到ListenableFuture 编程比较容易。
Guava提供的通用公共类封装了公共的操作方方法，不需要提供Future和ListenableFuture的扩展方法。
传统JDK中的Future通过异步的方式计算返回结果:在多线程运算中可能或者可能在没有结束返回结果，Future是运行中的多线程的一个引用句柄，确保在服务执行返回一个Result。
ListenableFuture可以允许你注册回调方法(callbacks)，在运算（多线程执行）完成的时候进行调用, 或者在运算（多线程执行）完成后立即执行。这样简单的改进，使得可以明显的支持更多的操作，这样的功能在JDK concurrent中的Future是不支持的。
如上内容来自《Google Guava包的ListenableFuture解析 》，文章写的很棒。下文你会看到 Sharding-JDBC 是如何通过 ListenableFuture 简化并发编程的。
下面看看 ExecutorEngine 如何初始化 ListeningExecutorService
// ShardingDataSource.javapublic ShardingDataSource(final ShardingRule shardingRule, final Properties props) { // .... 省略部分代码 shardingProperties = new ShardingProperties(props); int executorSize = shardingProperties.getValue(ShardingPropertiesConstant.EXECUTOR_SIZE); executorEngine = new ExecutorEngine(executorSize); // .... 省略部分代码}// ExecutorEnginepublic ExecutorEngine(final int executorSize) { executorService = MoreExecutors.listeningDecorator(new ThreadPoolExecutor( executorSize, executorSize, 0, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(), new ThreadFactoryBuilder().setDaemon(true).setNameFormat("ShardingJDBC-%d").build())); MoreExecutors.addDelayedShutdownHook(executorService, 60, TimeUnit.SECONDS);}一个分片数据源( ShardingDataSource ) 独占 一个 SQL执行引擎( ExecutorEngine )。
MoreExecutors#listeningDecorator()创建 ListeningExecutorService，这样#submit()，#invokeAll()可以返回 ListenableFuture。默认情况下，线程池大小为 8。可以根据实际业务需要，设置 ShardingProperties 进行调整。
#setNameFormat()并发编程时，一定要对线程名字做下定义，这样排查问题会方便很多。MoreExecutors#addDelayedShutdownHook()，应用关闭时，等待所有任务全部完成再关闭。默认配置等待时间为 60 秒，建议将等待时间做成可配的。
2.2 关闭
数据源关闭时，会调用 ExecutorEngine 也进行关闭。
// [email protected] void close() { executorEngine.close();}// [email protected] void close() { executorService.shutdownNow(); try { executorService.awaitTermination(5, TimeUnit.SECONDS); } catch (final InterruptedException ignored) { } if (!executorService.isTerminated()) { throw new ShardingJdbcException("ExecutorEngine can not been terminated"); }}
#shutdownNow()尝试使用Thread.interrupt()打断正在执行中的任务，未执行的任务不再执行。建议打印下哪些任务未执行，因为 SQL 未执行，可能数据未能持久化。#awaitTermination()因为#shutdownNow()打断不是立即结束，需要一个过程，因此这里等待了 5 秒。等待 5 秒后，线程池不一定已经关闭，此时抛出异常给上层。建议打印下日志，记录出现这个情况。
2.3 执行 SQL 任务
ExecutorEngine 对外暴露 #executeStatement()， #executePreparedStatement()， #executeBatch()
三个方法分别提供给 StatementExecutor、PreparedStatementExecutor、BatchPreparedStatementExecutor 调用。而这三个方法，内部调用的都是 #execute() 私有方法。
// ExecutorEngine.java/*** 执行Statement.* @param sqlType SQL类型* @param statementUnits 语句对象执行单元集合* @param executeCallback 执行回调函数* @param <T> 返回值类型* @return 执行结果*/public <T> List<T> executeStatement(final SQLType sqlType, final Collection<StatementUnit> statementUnits, final ExecuteCallback<T> executeCallback) { return execute(sqlType, statementUnits, Collections.<List<Object>>emptyList(), executeCallback);}/*** 执行PreparedStatement.* @param sqlType SQL类型* @param preparedStatementUnits 语句对象执行单元集合* @param parameters 参数列表* @param executeCallback 执行回调函数* @param <T> 返回值类型* @return 执行结果*/public <T> List<T> executePreparedStatement( final SQLType sqlType, final Collection<PreparedStatementUnit> preparedStatementUnits, final List<Object> parameters, final ExecuteCallback<T> executeCallback) { return execute(sqlType, preparedStatementUnits, Collections.singletonList(parameters), executeCallback);}/*** 执行Batch.* @param sqlType SQL类型* @param batchPreparedStatementUnits 语句对象执行单元集合* @param parameterSets 参数列表集* @param executeCallback 执行回调函数* @return 执行结果*/public List<int[]> executeBatch( final SQLType sqlType, final Collection<BatchPreparedStatementUnit> batchPreparedStatementUnits, final List<List<Object>> parameterSets, final ExecuteCallback<int[]> executeCallback) { return execute(sqlType, batchPreparedStatementUnits, parameterSets, executeCallback);}#execute() 执行过程大体流程如下图：
/*** 执行** @param sqlType SQL 类型* @param baseStatementUnits 语句对象执行单元集合* @param parameterSets 参数列表集* @param executeCallback 执行回调函数* @param <T> 返回值类型* @return 执行结果*/private <T> List<T> execute( final SQLType sqlType, final Collection<? extends BaseStatementUnit> baseStatementUnits, final List<List<Object>> parameterSets, final ExecuteCallback<T> executeCallback) { if (baseStatementUnits.isEmpty()) { return Collections.emptyList(); } Iterator<? extends BaseStatementUnit> iterator = baseStatementUnits.iterator(); BaseStatementUnit firstInput = iterator.next(); // 第二个任务开始所有 SQL任务 提交线程池【异步】执行任务 ListenableFuture<List<T>> restFutures = asyncExecute(sqlType, Lists.newArrayList(iterator), parameterSets, executeCallback); T firstOutput; List<T> restOutputs; try { // 第一个任务【同步】执行任务 firstOutput = syncExecute(sqlType, firstInput, parameterSets, executeCallback); // 等待第二个任务开始所有 SQL任务完成 restOutputs = restFutures.get(); //CHECKSTYLE:OFF } catch (final Exception ex) { //CHECKSTYLE:ON ExecutorExceptionHandler.handleException(ex); return null; } // 返回结果 List<T> result = Lists.newLinkedList(restOutputs); result.add(0, firstOutput); return result;}第一个任务【同步】调用
#executeInternal()执行任务。
private <T> T syncExecute(final SQLType sqlType, final BaseStatementUnit baseStatementUnit, final List<List<Object>> parameterSets, final ExecuteCallback<T> executeCallback) throws Exception { // 【同步】执行任务 return executeInternal(sqlType, baseStatementUnit, parameterSets, executeCallback, ExecutorExceptionHandler.isExceptionThrown(), ExecutorDataMap.getDataMap());}第二个开始的任务提交线程池异步调用
#executeInternal()执行任务。
private <T> ListenableFuture<List<T>> asyncExecute( final SQLType sqlType, final Collection<BaseStatementUnit> baseStatementUnits, final List<List<Object>> parameterSets, final ExecuteCallback<T> executeCallback) { List<ListenableFuture<T>> result = new ArrayList<>(baseStatementUnits.size()); final boolean isExceptionThrown = ExecutorExceptionHandler.isExceptionThrown(); final Map<String, Object> dataMap = ExecutorDataMap.getDataMap(); for (final BaseStatementUnit each : baseStatementUnits) { // 提交线程池【异步】执行任务 result.add(executorService.submit(new Callable<T>() { @Override public T call() throws Exception { return executeInternal(sqlType, each, parameterSets, executeCallback, isExceptionThrown, dataMap); } })); } // 返回 ListenableFuture return Futures.allAsList(result);}我们注意下
Futures.allAsList(result);和restOutputs=restFutures.get();。神器 Guava 简化并发编程 的好处就提现出来了。ListenableFuture#get()当所有任务都成功时，返回所有任务执行结果；当任何一个任务失败时，马上抛出异常，无需等待其他任务执行完成。
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为什么会分同步执行和异步执行呢？猜测，当SQL 执行是单表时，只要进行第一个任务的同步调用，性能更加优秀。等跟张亮大神请教确认原因后，咱会进行更新。
// ExecutorEngine.javaprivate <T> T executeInternal(final SQLType sqlType, final BaseStatementUnit baseStatementUnit, final List<List<Object>> parameterSets, final ExecuteCallback<T> executeCallback, final boolean isExceptionThrown, final Map<String, Object> dataMap) throws Exception { synchronized (baseStatementUnit.getStatement().getConnection()) { T result; ExecutorExceptionHandler.setExceptionThrown(isExceptionThrown); ExecutorDataMap.setDataMap(dataMap); List<AbstractExecutionEvent> events = new LinkedList<>(); // 生成 Event if (parameterSets.isEmpty()) { events.add(getExecutionEvent(sqlType, baseStatementUnit, Collections.emptyList())); } else { for (List<Object> each : parameterSets) { events.add(getExecutionEvent(sqlType, baseStatementUnit, each)); } } // EventBus 发布 EventExecutionType.BEFORE_EXECUTE for (AbstractExecutionEvent event : events) { EventBusInstance.getInstance().post(event); } try { // 执行回调函数 result = executeCallback.execute(baseStatementUnit); } catch (final SQLException ex) { // EventBus 发布 EventExecutionType.EXECUTE_FAILURE for (AbstractExecutionEvent each : events) { each.setEventExecutionType(EventExecutionType.EXECUTE_FAILURE); each.setException(Optional.of(ex)); EventBusInstance.getInstance().post(each); ExecutorExceptionHandler.handleException(ex); } return null; } // EventBus 发布 EventExecutionType.EXECUTE_SUCCESS for (AbstractExecutionEvent each : events) { each.setEventExecutionType(EventExecutionType.EXECUTE_SUCCESS); EventBusInstance.getInstance().post(each); } return result; }}result=executeCallback.execute(baseStatementUnit);执行回调函数。StatementExecutor，PreparedStatementExecutor，BatchPreparedStatementExecutor 通过传递执行回调函数( ExecuteCallback )实现给 ExecutorEngine 实现并行执行。
public interface ExecuteCallback<T> { /** * 执行任务. * * @param baseStatementUnit 语句对象执行单元 * @return 处理结果 * @throws Exception 执行期异常 */ T execute(BaseStatementUnit baseStatementUnit) throws Exception;}synchronized(baseStatementUnit.getStatement().getConnection())原以为 Connection 非线程安全，因此需要用同步，后翻查资料《数据库连接池为什么要建立多个连接》，Connection 是线程安全的。等跟张亮大神请教确认原因后，咱会进行更新。FROM https://github.com/dangdangdotcom/sharding-jdbc/issues/166
druid的数据源的stat这种filter在并发使用同一个connection链接时没有考虑线程安全的问题，故造成多个线程修改filter中的状态异常。 改造这个问题时，考虑到mysql驱动在执行statement时对同一个connection是线程安全的。也就是说同一个数据库链接的会话是串行执行的。故在sjdbc的executor对于多线程执行的情况也进行了针对数据库链接级别的同步。故该方案不会降低sjdbc的性能。 同时jdk1.7版本的同步采用了锁升级技术，在碰撞较低的情况下开销也是很小的。解答：MySQL、Oracle 的 Connection 实现是线程安全的。数据库连接池实现的 Connection 不一定是线程安全，例如 Druid 的线程池 Connection 非线程安全
ExecutionEvent 这里先不解释，在本文第四节【EventBus】分享。
ExecutorExceptionHandler、ExecutorDataMap 和 柔性事务 ( AbstractSoftTransaction )，放在《柔性事务》分享。
3. Executor
Executor，执行器，目前一共有三个执行器。不同的执行器对应不同的执行单元 (BaseStatementUnit)。
| 执行器类 | 执行器名 | 执行单元 |
|---|---|---|
| StatementExecutor | 静态语句对象执行单元 | StatementUnit |
| PreparedStatementExecutor | 预编译语句对象请求的执行器 | PreparedStatementUnit |
| BatchPreparedStatementExecutor | 批量预编译语句对象请求的执行器 | BatchPreparedStatementUnit |
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3.1 StatementExecutor
StatementExecutor，多线程执行静态语句对象请求的执行器，一共有三类方法：
#executeQuery()
// StatementExecutor.java/*** 执行SQL查询.* @return 结果集列表*/public List<ResultSet> executeQuery() { Context context = MetricsContext.start("ShardingStatement-executeQuery"); List<ResultSet> result; try { result = executorEngine.executeStatement(sqlType, statementUnits, new ExecuteCallback<ResultSet>() { @Override public ResultSet execute(final BaseStatementUnit baseStatementUnit) throws Exception { return baseStatementUnit.getStatement().executeQuery(baseStatementUnit.getSqlExecutionUnit().getSql()); } }); } finally { MetricsContext.stop(context); } return result;}#executeUpdate()因为有四个不同情况的#executeUpdate()，所以抽象了 Updater 接口，从而达到逻辑重用。
// StatementExecutor.java/*** 执行SQL更新.* @return 更新数量*/public int executeUpdate() { return executeUpdate(new Updater() { @Override public int executeUpdate(final Statement statement, final String sql) throws SQLException { return statement.executeUpdate(sql); } });}private int executeUpdate(final Updater updater) { Context context = MetricsContext.start("ShardingStatement-executeUpdate"); try { List<Integer> results = executorEngine.executeStatement(sqlType, statementUnits, new ExecuteCallback<Integer>() { @Override public Integer execute(final BaseStatementUnit baseStatementUnit) throws Exception { return updater.executeUpdate(baseStatementUnit.getStatement(), baseStatementUnit.getSqlExecutionUnit().getSql()); } }); return accumulate(results); } finally { MetricsContext.stop(context); }}/*** 计算总的更新数量* @param results 更新数量数组* @return 更新数量*/private int accumulate(final List<Integer> results) { int result = 0; for (Integer each : results) { result += null == each ? 0 : each; } return result;}#execute()因为有四个不同情况的#execute()，所以抽象了 Executor 接口，从而达到逻辑重用。
/*** 执行SQL请求.* @return true表示执行DQL语句, false表示执行的DML语句*/public boolean execute() { return execute(new Executor() { @Override public boolean execute(final Statement statement, final String sql) throws SQLException { return statement.execute(sql); } });}private boolean execute(final Executor executor) { Context context = MetricsContext.start("ShardingStatement-execute"); try { List<Boolean> result = executorEngine.executeStatement(sqlType, statementUnits, new ExecuteCallback<Boolean>() { @Override public Boolean execute(final BaseStatementUnit baseStatementUnit) throws Exception { return executor.execute(baseStatementUnit.getStatement(), baseStatementUnit.getSqlExecutionUnit().getSql()); } }); if (null == result || result.isEmpty() || null == result.get(0)) { return false; } return result.get(0); } finally { MetricsContext.stop(context); }}3.2 PreparedStatementExecutor
PreparedStatementExecutor，多线程执行预编译语句对象请求的执行器。比 StatementExecutor 多了 parameters 参数，方法逻辑上基本一致，就不重复分享啦。
3.3 BatchPreparedStatementExecutor
BatchPreparedStatementExecutor，多线程执行批量预编译语句对象请求的执行器。
// BatchPreparedStatementExecutor.java/*** 执行批量SQL.* * @return 执行结果*/public int[] executeBatch() { Context context = MetricsContext.start("ShardingPreparedStatement-executeBatch"); try { return accumulate(executorEngine.executeBatch(sqlType, batchPreparedStatementUnits, parameterSets, new ExecuteCallback<int[]>() { @Override public int[] execute(final BaseStatementUnit baseStatementUnit) throws Exception { return baseStatementUnit.getStatement().executeBatch(); } })); } finally { MetricsContext.stop(context); }}/*** 计算每个语句的更新数量** @param results 每条 SQL 更新数量* @return 每个语句的更新数量*/private int[] accumulate(final List<int[]> results) { int[] result = new int[parameterSets.size()]; int count = 0; // 每个语句按照顺序，读取到其对应的每个分片SQL影响的行数进行累加 for (BatchPreparedStatementUnit each : batchPreparedStatementUnits) { for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : each.getJdbcAndActualAddBatchCallTimesMap().entrySet()) { result[entry.getKey()] += null == results.get(count) ? 0 : results.get(count)[entry.getValue()]; } count++; } return result;}眼尖的同学会发现，为什么有 BatchPreparedStatementExecutor，而没有 BatchStatementExecutor 呢？目前 Sharding-JDBC 不支持 Statement 批量操作，只能进行 PreparedStatement 的批操作。
// PreparedStatement 批量操作，不会报错PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql)ps.addBatch();ps.addBatch();// Statement 批量操作，会报错ps.addBatch(sql); // 报错：at com.dangdang.ddframe.rdb.sharding.jdbc.unsupported.AbstractUnsupportedOperationStatement.addBatch
4. ExecutionEvent
AbstractExecutionEvent，SQL 执行事件抽象接口。
public abstract class AbstractExecutionEvent { /** * 事件编号 */ private final String id; /** * 数据源 */ private final String dataSource; /** * SQL */ private final String sql; /** * 参数 */ private final List<Object> parameters; /** * 事件类型 */ private EventExecutionType eventExecutionType; /** * 异常 */ private Optional<SQLException> exception;}AbstractExecutionEvent 有两个实现子类：
DMLExecutionEvent：DML类SQL执行时事件
DQLExecutionEvent：DQL类SQL执行时事件
EventExecutionType，事件触发类型。
BEFORE_EXECUTE：执行前
EXECUTE_SUCCESS：执行成功
EXECUTE_FAILURE：执行失败
4.1 EventBus
那究竟有什么用途呢？ Sharding-JDBC 使用 Guava（没错，又是它）的 EventBus 实现了事件的发布和订阅。从上文 ExecutorEngine#executeInternal() 我们可以看到每个分片 SQL 执行的过程中会发布相应事件：
执行 SQL 前：发布类型类型为 BEFORE_EXECUTE 的事件
执行 SQL 成功：发布类型类型为 EXECUTE_SUCCESS 的事件
执行 SQL 失败：发布类型类型为 EXECUTE_FAILURE 的事件
怎么订阅事件呢？非常简单，例子如下：
EventBusInstance.getInstance().register(new Runnable() { @Override public void run() { } @Subscribe // 订阅 @AllowConcurrentEvents // 是否允许并发执行，即线程安全 public void listen(final DMLExecutionEvent event) { // DMLExecutionEvent System.out.println("DMLExecutionEvent：" + event.getSql() + "\t" + event.getEventExecutionType()); } @Subscribe // 订阅 @AllowConcurrentEvents // 是否允许并发执行，即线程安全 public void listen2(final DQLExecutionEvent event) { //DQLExecutionEvent System.out.println("DQLExecutionEvent：" + event.getSql() + "\t" + event.getEventExecutionType()); }});#register()任何类都可以，并非一定需要使用 Runnable 类。此处例子单纯因为方便@Subscribe注解在方法上，实现对事件的订阅@AllowConcurrentEvents注解在方法上，表示线程安全，允许并发执行方法上的参数对应的类即是订阅的事件。例如，
#listen()订阅了 DMLExecutionEvent 事件EventBus#post()发布事件，同步调用订阅逻辑
推荐阅读文章：《Guava学习笔记：EventBus》
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4.2 BestEffortsDeliveryListener
BestEffortsDeliveryListener，最大努力送达型事务监听器。
本文暂时暂时不分析其实现，仅仅作为另外一个订阅者的例子。我们会在《柔性事务》进行分享。
public final class BestEffortsDeliveryListener { @Subscribe @AllowConcurrentEvents public void listen(final DMLExecutionEvent event) { if (!isProcessContinuously()) { return; } SoftTransactionConfiguration transactionConfig = SoftTransactionManager.getCurrentTransactionConfiguration().get(); TransactionLogStorage transactionLogStorage = TransactionLogStorageFactory.createTransactionLogStorage(transactionConfig.buildTransactionLogDataSource()); BEDSoftTransaction bedSoftTransaction = (BEDSoftTransaction) SoftTransactionManager.getCurrentTransaction().get(); switch (event.getEventExecutionType()) { case BEFORE_EXECUTE: //TODO 对于批量执行的SQL需要解析成两层列表 transactionLogStorage.add(new TransactionLog(event.getId(), bedSoftTransaction.getTransactionId(), bedSoftTransaction.getTransactionType(), event.getDataSource(), event.getSql(), event.getParameters(), System.currentTimeMillis(), 0)); return; case EXECUTE_SUCCESS: transactionLogStorage.remove(event.getId()); return; case EXECUTE_FAILURE: boolean deliverySuccess = false; for (int i = 0; i < transactionConfig.getSyncMaxDeliveryTryTimes(); i++) { if (deliverySuccess) { return; } boolean isNewConnection = false; Connection conn = null; PreparedStatement preparedStatement = null; try { conn = bedSoftTransaction.getConnection().getConnection(event.getDataSource(), SQLType.UPDATE); if (!isValidConnection(conn)) { bedSoftTransaction.getConnection().release(conn); conn = bedSoftTransaction.getConnection().getConnection(event.getDataSource(), SQLType.UPDATE); isNewConnection = true; } preparedStatement = conn.prepareStatement(event.getSql()); //TODO 对于批量事件需要解析成两层列表 for (int parameterIndex = 0; parameterIndex < event.getParameters().size(); parameterIndex++) { preparedStatement.setObject(parameterIndex + 1, event.getParameters().get(parameterIndex)); } preparedStatement.executeUpdate(); deliverySuccess = true; transactionLogStorage.remove(event.getId()); } catch (final SQLException ex) { log.error(String.format("Delivery times %s error, max try times is %s", i + 1, transactionConfig.getSyncMaxDeliveryTryTimes()), ex); } finally { close(isNewConnection, conn, preparedStatement); } } return; default: throw new UnsupportedOperationException(event.getEventExecutionType().toString()); } }}666. 彩蛋
本文完，但也未完。
跨分片事务问题。例如：
UPDATE t_order SET nickname = ? WHERE user_id = ?
A 节点 connection.commit() 时，应用突然挂了！B节点 connection.commit() 还来不及执行。
我们一起去《柔性事务》寻找答案。
道友，分享一波朋友圈可好？
以上是关于数据库分库分表中间件 Sharding-JDBC 源码分析 —— SQL 执行的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章