MongoDB基礎教程系列--第九篇 MongoDB 分片
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1、分片介紹
分片（sharding）是將資料拆分，將其分散存到不同機器上的過程。MongoDB 支援自動分片，可以使資料庫架構對應用程式不可見。對於應用程式來說，好像始終在使用一個單機的 MongoDB 伺服器一樣，另一方面，MongoDB 自動處理資料在分片上的分佈，也更容易新增和刪除分片。
請記住：複製是讓多臺伺服器擁有同樣的資料副本，每一臺伺服器都是其他伺服器的映象，而每一個分片都與其他分片擁有不同的資料子集。
通常，分片可以用來：
- 增加可用的記憶體
- 增加可用的磁碟空間
- 減輕單臺伺服器的負載
- 處理單個 mongod 伺服器無法承受的吞吐量
2、MongoDB 分片叢集組成
MongoDB 的分片叢集由以下部分組成：
shard：每個分片包含分片資料的一個子集，每個分片可以部署為一個副本集
mongos：作為一個查詢路由器，提供客戶端應用程式和分片叢集之間的介面。
config servers：配置伺服器儲存群集的元資料和配置資訊。MongoDB 3.4 版本開始，配置伺服器必須部署一個副本集。
分片叢集的配置分為 Production Configuration 和 Development Configuration，一個用於生產環境下的配置，另個用於開發或者測試環境的配置。
2.1、Production Configuration（生產環境配置）
在生產叢集（production cluster）中，如果集合資料是冗餘的，並且系統配置夠用，生產分片叢集部署，需滿足一下幾點：
- 部署配置伺服器包含三個成員的副本集（Deploy Config Servers as a 3 member replica set）
- 部署每一個分片可以是三個成員的副本集（Deploy each Shard as a 3 member replica set）
- 部署可以有一個或多個路由（Deploy one or more mongos routers）
結構圖如下：
2.2、Development Configuration（開發環境配置）
測試或者開發環境，可以使用最少的元件部署一個分片叢集，這些非生產叢集包含以下元件：
- 具有一個成員的副本集配置伺服器（A replica set config server with one member）
- 至少一個分片作為一個成員的副本集（At least one shard as a single-member replica set）
- 一個 mongos 例項（One mongos instance）
結構圖如下：
注意：使用測試叢集結構，僅僅用於測試或者開發。
下面用較簡單的 Development Configuration 舉例說明一下。
3、範例
接下來我們就用範例具體說明一下分片的過程，這裡準備三臺伺服器，分別為 218.245.4.11、218.245.4.12、218.245.4.13。
218.245.4.11 作為配置伺服器（config server），在該伺服器上建立一個成員的副本集。實際專案中，需要三個成員的副本集。
218.245.4.12 作為分片（shard）伺服器，在該伺服器上也建立一個成員的副本集。實際專案中，可以建立多個分片，每個分片也可以是副本集。
218.245.4.13 作為 mongos 伺服器。實際專案中，可以建立多個 mongos。
3.1 建立配置伺服器副本集（Create the Config Server Replica Set）
3.1.1 啟動配置伺服器副本集中的成員（Start a member of the config server replica set），這裡定義副本集名字為“configRep”，需要指定 --configsvr 引數，實際專案中用 --bind_ip 指定具體的IP地址
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3.1.2 連線到其中一個配置伺服器，用 rs.initiate() 初始化副本集
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3.2 建立 Shard 副本集（Create the Shard Replica Sets）
3.2.1 啟動 Shard 伺服器副本集中的成員（Start a member of the shard replica set），這裡定義副本集名字為“shardRep”，需要指定 --shardsvr 引數。這裡可以不用是一個副本集，可以是單臺 mongod 伺服器。
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3.2.2 連線到 Shard 伺服器，用 rs.initiate() 初始化副本集
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3.3 啟動 mongos 例項
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MongoDB 3.4 版本中，引數 --configdb 的值必須包含副本集的名稱，這也是 MongoDB 3.4 版本為什麼配置伺服器要部署為副本集的原因。
3.4 給叢集新增分片
新增分片的操作，必須在 mongos 下操作，也就是要先連上 mongos。可以用 sh.addShard() 方法新增分片
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如果分片不用副本集，可以這樣新增分片
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3.5 設定分片儲存的資料庫
MongoDB 中用 sh.enableSharding() 方法設定需要分片儲存的資料庫，連上 mongos。
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3.6 設定需要分片的集合
在設定分片集合之前，我們有必要了解一下片鍵（shard key）的概念。MongoDB是怎麼對集合分片的呢？這時候就用到了片鍵。片鍵是集合的一個鍵，MongoDB 根據這個鍵拆分資料。例如，如果選擇基於“name”進行分片，MongoDB 對根據不同名字進行分片：“name1”到“name100”位於第一片，“name101”到“name200”位於第二片，以此類推。
給集合分片，需要用 sh.shardCollection() 方法指定需要分片的集合和片鍵，下面例子是給 user 集合分片，片鍵為 name，連上 mongos。
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注意，如果這個集合包含有資料，在用 shardCollection() 之前，我們必須用 db.collection.createIndex() 方法給片鍵建立索引。如果這個集合為空，MongoDB 在用 shardCollection() 時會建立索引。
3.7 給 user 集合新增20萬條資料
給 user 集合新增20萬條資料，看看集合是這麼分片的
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用 sh.status() 檢視分片情況
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我們可以看出集合的資料被分到名為 shardRep 副本集的分片上了，我們這裡只用了一個分片，大家可以啟動多個分片，看看資料是怎麼分割的。