Was ist horizontales Sharding?

Horizontale Sharding ist eine Skalierungstechnik für Datenbanken, bei der Daten in Teile, sogenannte Shards, aufgeteilt und auf mehrere unabhängige Server verteilt werden. Jeder Shard enthält eine Teilmenge aller Zeilen der Tabelle, behält jedoch alle Spalten bei.

Vorteile des horizontalen Sharding:

• Skalierbarkeit: Ermöglicht die Verarbeitung eines wachsenden Daten- und Traffic-Volumens durch Hinzufügen neuer Server zur Speicherung der Shards.
• Leistung: Verringert die Datenmenge, mit der jeder Server arbeitet, was die Ausführung von Abfragen beschleunigt.
• Verfügbarkeit: Wenn ein Shard nicht erreichbar ist, funktionieren die anderen Shards weiterhin.
• Lastverteilung: Verteilt die Ein- und Ausgabebelastung auf mehrere Server.

Nachteile des horizontalen Sharding:

• Komplexität: Die Implementierung und Verwaltung des Shardings erfordert erheblichen Ingenieuraufwand.
• Verteilte Transaktionen: Transaktionen, die mehrere Shards umfassen, sind komplex umzusetzen und können die Leistung beeinträchtigen.
• Rebalancierung: Die Neuzuordnung von Daten zwischen Shards bei Änderungen der Last oder beim Hinzufügen neuer Server kann komplex und ressourcenintensiv sein.
• Anfragen zwischen Shards: Anfragen, die eine Zusammenführung von Daten aus verschiedenen Shards erfordern (JOIN-Anfragen), können ineffizient sein.

Sharding-Methoden:

• Range-Sharding: Daten werden basierend auf einem Wertebereich im Sharding-Schlüssel verteilt.
• Hash-Sharding: Daten werden basierend auf dem Hash-Wert des Sharding-Schlüssels verteilt.
• Verzeichnis-Sharding: Eine Zuordnungstabelle zeigt, auf welchem Shard bestimmte Daten oder Datenbereiche liegen.

Ein vereinfachtes Beispiel für das Sharding-Konzept:

Es gibt eine Benutzertabelle mit großem Datenvolumen. Statt alle Benutzer auf einem Server zu speichern, kann man sie nach dem Anfangsbuchstaben des Nachnamens sharden:

• Shard 1: Benutzer mit Nachnamen von A bis E
• Shard 2: Benutzer mit Nachnamen von J bis L
• Shard 3: Benutzer mit Nachnamen von M bis S
• Shard 4: Benutzer mit Nachnamen von T bis Y

Jeder Shard wird auf einem separaten Server gespeichert.

<?php

// Beispiel-Funktion zur Bestimmung des Shards anhand des Nachnamens
function determineShardByLastName(string $lastName): int
{
    $firstLetter = mb_strtoupper(mb_substr($lastName, 0, 1));

    if ($firstLetter >= 'А' && $firstLetter <= 'Е') {
        return 1;
    } elseif ($firstLetter >= 'Ж' && $firstLetter <= 'Л') {
        return 2;
    } elseif ($firstLetter >= 'М' && $firstLetter <= 'С') {
        return 3;
    } elseif ($firstLetter >= 'Т' && $firstLetter <= 'Я') {
        return 4;
    }

    return 0; // Rückgabe von 0 für undefinierte Fälle
}

// Verwendung
$lastName = "Иванов";
$shardId = determineShardByLastName($lastName);
// In einem echten System müsste man sich mit der entsprechenden Shard-Datenbank verbinden

?>