MongoDB分片介紹
本文簡單介紹MongoDB的分片功能，對分片進行了概述，具體的功能詳解，後續文章會陸續推出
分片是把數據分配到多個服務器上的一種方式，MongoDB使用分片實現大數據部署以及高吞吐操作。
大數據以及高吞吐量的應用會對單個服務器的容量造成很大的挑戰。比如，高頻率的查詢操作會消耗服務器的CPU，如果數據集大於系統的RAM容量，也會對硬盤的性能造成影響。
應對系統容量增加有兩種方式：水平擴展和垂直擴展。
垂直擴容就是增加單個服務器的容量，比如，使用更高性能的CPU，增加RAM容量，或者增加存儲容量。但是單個服務器擴容是有限制性的，何況，雲設備提供商在硬件配置上很容易達到容量上限。所以垂直擴容很有限制性。
水平擴容就是把數據和系統壓力分散到多個服務器上，增加多個服務器以達到增加整個系統容量的目的。盡管單個服務器的速度或者容量並不是很大，但是每個服務器都可以分擔一部分系統壓力，比單個高性能的服務器更加高效。增加整個部署系統的容量只需要增加幾臺服務器，這樣比增加單個服務的性能更節約成本。缺點就是增加了系統的復雜性以及系統的維護成本。
分片集群
分片集群包括以下幾個成員：
shard：每個shard包含一組分片數據，每個shard都可以以復制集的方式部署。
mongos:mongos的任務是查詢路由，是客戶端和分片集群之間的交互接口
config servers：配置服務器存放著系統的元數據以及集群的配置信息。MongoDB3.4之後，配置服務器必須用復制集的方式部署。
下圖是集群的示意圖：
分片是把數據分配到多個服務器上的一種方式，MongoDB使用分片實現大數據部署以及高吞吐操作。
大數據以及高吞吐量的應用會對單個服務器的容量造成很大的挑戰。比如，高頻率的查詢操作會消耗服務器的CPU，如果數據集大於系統的RAM容量，也會對硬盤的性能造成影響。
應對系統容量增加有兩種方式：水平擴展和垂直擴展。
垂直擴容就是增加單個服務器的容量，比如，使用更高性能的CPU，增加RAM容量，或者增加存儲容量。但是單個服務器擴容是有限制性的，何況，雲設備提供商在硬件配置上很容易達到容量上限。所以垂直擴容很有限制性。
水平擴容就是把數據和系統壓力分散到多個服務器上，增加多個服務器以達到增加整個系統容量的目的。盡管單個服務器的速度或者容量並不是很大，但是每個服務器都可以分擔一部分系統壓力，比單個高性能的服務器更加高效。增加整個部署系統的容量只需要增加幾臺服務器，這樣比增加單個服務的性能更節約成本。缺點就是增加了系統的復雜性以及系統的維護成本。
分片集群
分片集群包括以下幾個成員：
shard：每個shard包含一組分片數據，每個shard都可以以復制集的方式部署。
mongos:mongos的任務是查詢路由，是客戶端和分片集群之間的交互接口
config servers：配置服務器存放著系統的元數據以及集群的配置信息。MongoDB3.4之後，配置服務器必須用復制集的方式部署。
下圖是集群的示意圖：
MongoDB是在集合級別對數據進行分片的。
片鍵
MongoDB是使用片鍵對集合中的文檔進行分片的。片鍵是被分片集合中所有文檔都有的一個或者多個字段。
對集合分片時需要選擇片鍵，片鍵一旦選定後就不能再進行修改了。一個分片集合只能有一個片鍵。
對於非空集合，片鍵上必須有索引。如果集合是空的，MongoDB在創建片鍵的時候會自動在片鍵上創建索引。
片鍵的選擇會影響系統的性能、高效性以及集群的可擴展性。集群即使有最好的硬件設備，如果片鍵選擇有問題也會使集群很快達到性能瓶頸。片鍵的選擇也會影響集群使用的分片策略。
塊
MongoDB分片會把數據分配到塊中。每個塊都含有基於片鍵的一部分數據。MongoDB通過均衡器實現各個分片服務器的數據的平衡性。
分片的優勢
讀寫
MongoDB集群通過分片來分散讀寫壓力，每個分片維護一部分集群操作，這樣通過增加分片就可以水平擴展讀寫能力。
如果查詢中含有片鍵，mongos會定位到具體的分片上。這種操作比遍歷整個集群要高效的多。
存儲
每個分片會維護一組數據，隨著數據增長，增加分片就能增加集群的容量。
高可用
分片集群在一個或者多個分片宕機的情況下仍然可以提供讀寫操作。即使宕機分片上的數據無法操作，其他可用分片上的數據還可以操作。
生產環境中，分片建議部署為復制集，提供冗余性以及可用性。
分片前需要考慮的事情
分片集群的基礎設施需要經過精細的容量規劃、執行、維護。
片鍵的選擇必須要謹慎，保證集群的性能和高效性。因為分片後片鍵不能再修改，也不能取消。如果查詢裏面沒有片鍵，mongos會遍歷整個集群，這種操作會比較耗時。
分片和非分片集合
數據庫可以含有分片集合以及非分片集合。分片集合被分配在集群的多個分片服務器中，未分片的集合存放在主分片中。每個數據庫都有一個主分片。
連接到分片集群
要想與分片中的集合進行交互，就必須先連接到mongos路由上。客戶端絕對不應該連接到單個分片上進行讀寫操作。連接mngos的方法和連接到單個mongod實例是一樣的。
分片策略
MongoDB支持兩種分片方式：hash分片、範圍分片
Hashed 分片
哈希分片就是把片鍵的值形成一組哈希值，每個分片依據哈希值的範圍存放一定量的文檔。
即使片鍵的值是相近的，但是他們的哈希值很可能不一樣，所有就不會分配在一個分片服務去上，這樣的好處就是，在分片鍵上基於範圍的查詢會分散到多個服務器上進行操作，減少了單個服務器的壓力。
Ranged分片
範圍分片是依據片鍵值的範圍進行分片的，每個分片服務器存儲一定範圍的數據。
片鍵值相近的數據就很有可能會被分配到同一個塊中。對於範圍分片來說，片鍵的選擇很重要，片鍵選擇合適就可以大大提高系統的系統，反之亦然。選擇的片鍵不合理會導致數據分布不均勻，反而體現不出分片的優勢或者造成系統早早出現系統瓶頸。
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