面试官问我：看过sharding-jdbc的源码吗？我吧啦吧啦说了一通！！

写在前面

在产品初期快速迭代的过程中，往往为了快速上线而占据市场，在后端开发的过程中往往不会过多的考虑分布式和微服务，往往会将后端服务做成一个单体应用，而数据库也是一样，最初会把所有的业务数据都放到一个数据库中，即所谓的单实例数据库。随着业务的迅速发展，将所有数据都放在一个数据库中已经不足以支撑业务发展的需要。此时，就会对系统进行分布式改造，而数据库业务进行分库分表的拆分。那么，问题来了，如何更好的访问和管理拆分后的数据库呢？业界已经有很多成熟的解决方案，其中，一个非常优秀的解决方案就是：Apache ShardingSphere。今天，我们就从源码级别来共同探讨下sharding-jdbc的核心源码。

sharding-jdbc经典用法

Sharding-Jdbc 是一个轻量级的分库分表框架，使用时最关键的是配制分库分表策略，其余的和使用普通的 MySQL 驱动一样，几乎不用改代码。例如下面的代码片段。

try(DataSource dataSource =  ShardingDataSourceFactory.createDataSource(

    createDataSourceMap(), shardingRuleConfig, new Properties()) {

    Connection connection = dataSource.getConnection();

    ...

}

我们在程序中拿到Connection对象后，就可以像使用普通的JDBC一样来使用sharding-jdbc操作数据库了。

sharding-jdbc包结构

sharding-jdbc

    ├── sharding-jdbc-core      重写DataSource/Connection/Statement/ResultSet四大对象

    └── sharding-jdbc-orchestration        配置中心

sharding-core

    ├── sharding-core-api       接口和配置类

    ├── sharding-core-common    通用分片策略实现...

    ├── sharding-core-entry     SQL解析、路由、改写，核心类BaseShardingEngine

    ├── sharding-core-route     SQL路由，核心类StatementRoutingEngine

    ├── sharding-core-rewrite   SQL改写，核心类ShardingSQLRewriteEngine

    ├── sharding-core-execute   SQL执行，核心类ShardingExecuteEngine

    └── sharding-core-merge     结果合并，核心类MergeEngine

shardingsphere-sql-parser

    ├── shardingsphere-sql-parser-spi       SQLParserEntry，用于初始化SQLParser

    ├── shardingsphere-sql-parser-engine    SQL解析，核心类SQLParseEngine

    ├── shardingsphere-sql-parser-relation

    └── shardingsphere-sql-parser-mysql     MySQL解析器，核心类MySQLParserEntry和MySQLParser

shardingsphere-underlying           基础接口和api

    ├── shardingsphere-rewrite      SQLRewriteEngine接口

    ├── shardingsphere-execute      QueryResult查询结果

    └── shardingsphere-merge        MergeEngine接口

shardingsphere-spi                  SPI加载工具类

sharding-transaction

    ├── sharding-transaction-core   接口ShardingTransactionManager，SPI加载

    ├── sharding-transaction-2pc    实现类XAShardingTransactionManager

    └── sharding-transaction-base   实现类SeataATShardingTransactionManager

sharding-jdbc中的四大对象

所有的一切都从 ShardingDataSourceFactory 开始的，创建了一个 ShardingDataSource 的分片数据源。除了 ShardingDataSource(分片数据源)，在 Sharding-Sphere 中还有 MasterSlaveDataSourceFactory(主从数据源)、EncryptDataSourceFactory(脱敏数据源)。

public static DataSource createDataSource(

        final Map<String, DataSource> dataSourceMap,

        final ShardingRuleConfiguration shardingRuleConfig,

        final Properties props) throws SQLException {

    return new ShardingDataSource(dataSourceMap,

               new ShardingRule(shardingRuleConfig, dataSourceMap.keySet()), props);

}

说明： 本文主要以 ShardingDataSource 为切入点分析 Sharding-Sphere 是如何对 JDBC 四大对象 DataSource、Connection、Statement、ResultSet 进行封装的。

DataSource

这里，涉及到两个比较重要的接口，一个是DataSource，一个是Connection。我们首先来看下它们的类图。

DataSource

Connection

DataSource 和 Connection 都比较简单，没有处理过多的逻辑，只是 dataSourceMap, shardingRule 进行简单的封装。

ShardingDataSource 持有对数据源和分片规则，可以通过 getConnection 方法获取 ShardingConnection 连接。

private final ShardingRuntimeContext runtimeContext = new ShardingRuntimeContext(

                dataSourceMap, shardingRule, props, getDatabaseType());

@Override

public final ShardingConnection getConnection() {

    return new ShardingConnection(getDataSourceMap(), runtimeContext,

            TransactionTypeHolder.get());

}

Connection

ShardingConnection 可以创建 Statement 和 PrepareStatement 两种运行方式，如下代码所示。

@Override

public Statement createStatement(final int resultSetType,

        final int resultSetConcurrency, final int resultSetHoldability) {

    return new ShardingStatement(this, resultSetType,

            resultSetConcurrency, resultSetHoldability);

}

@Override

public PreparedStatement prepareStatement(final String sql, final int resultSetType,

        final int resultSetConcurrency, final int resultSetHoldability)

        throws SQLException {

    return new ShardingPreparedStatement(this, sql, resultSetType,

            resultSetConcurrency, resultSetHoldability);

}

说明： ShardingConnection 主要是将创建 ShardingStatement 和 ShardingPreparedStatement 两个对象，主要的执行逻辑都在 Statement 对象中。另外，ShardingConnection 还有两个重要的功能，一个是获取真正的数据库连接，一个是事务提交功能。

Statement

Statement 相对来说比较复杂，因为它都是 JDBC 的真正执行器，所有逻辑都封装在 Statement 中。我们来看下Statement的类图

对于Statement，我就不做过对的描述了，相信使用过JDBC的小伙伴，对Statement都不陌生了。

ResultSet

ResultSet类图如下所示。

我们从源码中可以看出：ShardingResultSet 只是对 MergedResult 的简单封装。

private final MergedResult mergeResultSet;

@Override

public boolean next() throws SQLException {

    return mergeResultSet.next();

}

sharding-jdbc-core核心分析

ShardingStatement 内部有三个核心的类，一是 SimpleQueryShardingEngine 完成 SQL 解析、路由、改写；一是 StatementExecutor 进行 SQL 执行；最后调用 MergeEngine 对结果进行合并处理。

ShardingStatement

初始化

private final ShardingConnection connection;

private final StatementExecutor statementExecutor;

public ShardingStatement(final ShardingConnection connection) {

    this(connection, ResultSet.TYPE_FORWARD_ONLY, ResultSet.CONCUR_READ_ONLY,

            ResultSet.HOLD_CURSORS_OVER_COMMIT);

}

public ShardingStatement(final ShardingConnection connection, final int resultSetType,

        final int resultSetConcurrency, final int resultSetHoldability) {

    super(Statement.class);

    this.connection = connection;

    statementExecutor = new StatementExecutor(resultSetType, resultSetConcurrency,

            resultSetHoldability, connection);

}

ShardingStatement 内部执行 SQL 委托给了 statementExecutor。

执行

（1）executeQuery 执行过程

@Override

public ResultSet executeQuery(final String sql) throws SQLException {

    ResultSet result;

    try {

        clearPrevious();

        // 1. SQL 解析、路由、改写，最终生成 SQLRouteResult

        shard(sql);

        // 2. 生成执行计划 SQLRouteResult -> StatementExecuteUnit

        initStatementExecutor();

        // 3. statementExecutor.executeQuery() 执行任务

        MergeEngine mergeEngine = MergeEngineFactory.newInstance(

                connection.getRuntimeContext().getDatabaseType(),

                connection.getRuntimeContext().getRule(), sqlRouteResult,

                connection.getRuntimeContext().getMetaData().getRelationMetas(),

                statementExecutor.executeQuery());

        // 4. 结果合并

        result = getResultSet(mergeEngine);

    } finally {

        currentResultSet = null;

    }

    currentResultSet = result;

    return result;

}

（2）SQL 路由（包括 SQL 解析、路由、改写）

private SQLRouteResult sqlRouteResult;

private void shard(final String sql) {

    ShardingRuntimeContext runtimeContext = connection.getRuntimeContext();

    SimpleQueryShardingEngine shardingEngine = new SimpleQueryShardingEngine(

            runtimeContext.getRule(), runtimeContext.getProps(),

            runtimeContext.getMetaData(), runtimeContext.getParseEngine());

    sqlRouteResult = shardingEngine.shard(sql, Collections.emptyList());

}

SimpleQueryShardingEngine 进行 SQL 路由（包括 SQL 解析、路由、改写），生成 SQLRouteResult，当 ShardingStatement 完成 SQL 的路由，生成 SQLRouteResult 后，剩下的执行任务就全部交给 StatementExecutor 完成。

StatementExecutor

StatementExecutor 内部封装了 SQL 任务的执行过程，包括：SqlExecutePrepareTemplate 类生成执行计划 StatementExecuteUnit，以及 SQLExecuteTemplate 用于执行 StatementExecuteUnit。

类结构

重要属性

AbstractStatementExecutor 类中重要的属性：

// SQLExecutePrepareTemplate用于生成执行计划StatementExecuteUnit

private final SQLExecutePrepareTemplate sqlExecutePrepareTemplate;

// 保存生成的执行计划StatementExecuteUnit

private final Collection<ShardingExecuteGroup<StatementExecuteUnit>> executeGroups =

            new LinkedList<>();

// SQLExecuteTemplate用于执行StatementExecuteUnit

private final SQLExecuteTemplate sqlExecuteTemplate;

// 保存查询结果

private final List<ResultSet> resultSets = new CopyOnWriteArrayList<>();

生成执行计划

// 执行前清理状态

private void clearPrevious() throws SQLException {

    statementExecutor.clear();

}

// 执行时初始化

private void initStatementExecutor() throws SQLException {

    statementExecutor.init(sqlRouteResult);

    replayMethodForStatements();

}

这里，需要注意的是： StatementExecutor 是有状态的，每次执行前都要调用 statementExecutor.clear() 清理上一次执行的状态，并调用 statementExecutor.init() 重新初始化。

statementExecutor.init() 初始化主要是生成执行计划 StatementExecuteUnit。

public void init(final SQLRouteResult routeResult) throws SQLException {

    setSqlStatementContext(routeResult.getSqlStatementContext());

    getExecuteGroups().addAll(obtainExecuteGroups(routeResult.getRouteUnits()));

    cacheStatements();

}

private Collection<ShardingExecuteGroup<StatementExecuteUnit>> obtainExecuteGroups(

        final Collection<RouteUnit> routeUnits) throws SQLException {

    return getSqlExecutePrepareTemplate().getExecuteUnitGroups(

            routeUnits, new SQLExecutePrepareCallback() {

                // 获取连接

                @Override

                public List<Connection> getConnections(

                        final ConnectionMode connectionMode,

                        final String dataSourceName, final int connectionSize)

                        throws SQLException {

                    return StatementExecutor.super.getConnection().getConnections(

                            connectionMode, dataSourceName, connectionSize);

                }

                // 生成执行计划RouteUnit -> StatementExecuteUnit

                @Override

                public StatementExecuteUnit createStatementExecuteUnit(

                        final Connection connection, final RouteUnit routeUnit,

                        final ConnectionMode connectionMode) throws SQLException {

                    return new StatementExecuteUnit(

                            routeUnit, connection.createStatement(

                            getResultSetType(), getResultSetConcurrency(),

                            getResultSetHoldability()), connectionMode);

                }

            });

}

SqlExecutePrepareTemplate 是 sharding-core-execute 工程中提供的一个工具类，专门用于生成执行计划，将 RouteUnit 转化为 StatementExecuteUnit。同时还提供了另一个工具类 SQLExecuteTemplate 用于执行 StatementExecuteUnit，在任务执行时我们会看到这个类。

任务执行

public List<QueryResult> executeQuery() throws SQLException {

    final boolean isExceptionThrown = ExecutorExceptionHandler.isExceptionThrown();

    SQLExecuteCallback<QueryResult> executeCallback =

        new SQLExecuteCallback<QueryResult>(getDatabaseType(), isExceptionThrown) {

        @Override

        protected QueryResult executeSQL(final String sql, final Statement statement,

                final ConnectionMode connectionMode) throws SQLException {

            return getQueryResult(sql, statement, connectionMode);

        }

    };

    // 执行StatementExecuteUnit

    return executeCallback(executeCallback);

}

// sqlExecuteTemplate 执行 executeGroups(即StatementExecuteUnit)

protected final <T> List<T> executeCallback(

        final SQLExecuteCallback<T> executeCallback) throws SQLException {

    // 执行所有的任务 StatementExecuteUnit

    List<T> result = sqlExecuteTemplate.executeGroup(

            (Collection) executeGroups, executeCallback);

    refreshMetaDataIfNeeded(connection.getRuntimeContext(), sqlStatementContext);

    return result;

}

SqlExecuteTemplate 执行 StatementExecuteUnit 会回调 SQLExecuteCallback#executeSQL 方法，最终调用 getQueryResult 方法。

private QueryResult getQueryResult(final String sql, final Statement statement,

        final ConnectionMode connectionMode) throws SQLException {

    ResultSet resultSet = statement.executeQuery(sql);

    getResultSets().add(resultSet);

    return ConnectionMode.MEMORY_STRICTLY == connectionMode

            ? new StreamQueryResult(resultSet)

            : new MemoryQueryResult(resultSet);

}

ConnectionMode 有两种模式：内存限制(MEMORY_STRICTLY)和连接限制(CONNECTION_STRICTLY)，如果一个连接执行多个 StatementExecuteUnit 则为内存限制(MEMORY_STRICTLY)，采用流式处理，即 StreamQueryResult ，反之则为连接限制(CONNECTION_STRICTLY)，此时会将所有从 MySQL 服务器返回的数据都加载到内存中。特别是在 Sharding-Proxy 中特别有用，避免将代理服务器撑爆。

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巴特西