Duomenų bazės skaidymas: Horizontalus prieš vertikalų – išsamus vadovas

Šiandieniniame duomenimis pagrįstame pasaulyje duomenų bazės yra beveik kiekvienos programos pagrindas. Duomenų apimtims augant eksponentiškai, užtikrinti optimalų duomenų bazės veikimą tampa itin svarbu. Vienas iš efektyvių būdų valdyti didelius duomenų rinkinius ir pagerinti našumą yra duomenų bazės skaidymas. Šiame tinklaraščio įraše gilinamasi į du pagrindinius duomenų bazės skaidymo tipus: horizontalųjį ir vertikalųjį, nagrinėjami jų niuansai, privalumai ir trūkumai bei pateikiamos įžvalgos, kada taikyti kiekvieną strategiją.

Kas yra duomenų bazės skaidymas?

Duomenų bazės skaidymas apima didelės duomenų bazės lentelės padalijimą į mažesnes, lengviau valdomas dalis. Šios dalys, žinomos kaip skaidiniai, gali būti saugomos ir valdomos atskirai, galbūt net skirtinguose fiziniuose serveriuose. Šis metodas siūlo keletą privalumų, įskaitant geresnį užklausų vykdymo našumą, lengvesnį duomenų valdymą ir didesnį mastelio keitimą.

Kodėl reikia skaidyti duomenų bazę?

Prieš gilinantis į horizontalaus ir vertikalaus skaidymo specifiką, svarbu suprasti motyvus, kodėl apskritai verta naudoti skaidymą. Štai keletas pagrindinių priežasčių:

• Pagerintas užklausų vykdymo našumas: Apribojus duomenų kiekį, kurį reikia nuskaityti kiekvienai užklausai, skaidymas gali žymiai sumažinti užklausų atsakymo laiką. Tai ypač aktualu didelėms lentelėms, kuriose yra milijonai arba milijardai eilučių.
• Patobulintas mastelio keitimas: Skaidymas leidžia paskirstyti duomenis per kelis serverius, suteikiant galimybę horizontaliai keisti duomenų bazės mastelį. Tai labai svarbu programoms, kuriose sparčiai auga duomenų apimtis arba vartotojų srautas.
• Lengvesnis duomenų valdymas: Skaidymas supaprastina tokias užduotis kaip atsarginės kopijos, atkūrimas ir duomenų archyvavimas. Galite valdyti atskirus skaidinius nepriklausomai, sumažindami šių operacijų poveikį visai duomenų bazei.
• Sumažinta prastova: Priežiūros operacijos gali būti atliekamos atskiriems skaidiniams, nepaveikiant visos duomenų bazės pasiekiamumo. Tai sumažina prastovas ir užtikrina nepertraukiamą veikimą.
• Pagerintas duomenų saugumas: Skirtingiems skaidiniams gali būti taikomos skirtingos saugos politikos, leidžiančios tiksliai kontroliuoti prieigą prie duomenų.

Horizontalus skaidymas

Horizontalus skaidymas, dar žinomas kaip skaidymas, padalija lentelę į kelias lenteles, kurių kiekvienoje yra eilučių pogrupis. Visi skaidiniai turi tą pačią schemą (stulpelius). Eilutės padalijamos pagal konkretų skaidymo raktą, kuris yra stulpelis arba stulpelių rinkinys, nustatantis, kuriam skaidiniui priklauso konkreti eilutė.

Kaip veikia horizontalus skaidymas

Įsivaizduokite lentelę, kurioje yra klientų duomenys. Galite horizontaliai skaidyti šią lentelę pagal kliento geografinį regioną (pvz., Šiaurės Amerika, Europa, Azija). Kiekviename skaidinyje būtų tik to konkretaus regiono klientai. Skaidymo raktas šiuo atveju būtų stulpelis „regionas“.

Kai vykdoma užklausa, duomenų bazės sistema nustato, prie kurių skaidinių reikia prisijungti, atsižvelgiant į užklausos kriterijus. Pavyzdžiui, užklausa dėl klientų Europoje pasiektų tik skaidinį „Europa“, žymiai sumažindama duomenų kiekį, kurį reikia nuskaityti.

Horizontalus skaidymo tipai

• Diapazonų skaidymas: Skaidiniai apibrėžiami pagal reikšmių diapazonus skaidymo rakte. Pavyzdžiui, užsakymų skaidymas pagal užsakymo datą, kai kiekviename skaidinyje yra konkretaus mėnesio ar metų užsakymai.
• Sąrašo skaidymas: Skaidiniai apibrėžiami pagal konkrečias reikšmes skaidymo rakte. Pavyzdžiui, klientų skaidymas pagal jų šalį, kai kiekviename skaidinyje yra klientai iš konkrečios šalies.
• Maišos skaidymas: Maišos funkcija taikoma skaidymo raktui, kad būtų nustatyta, kuriam skaidiniui priklauso eilutė. Šis metodas užtikrina tolygesnį duomenų paskirstymą tarp skaidinių.
• Sudėtinis skaidymas: Dviejų ar daugiau skaidymo metodų derinys. Pavyzdžiui, diapazonų skaidymas pagal metus, po kurio seka sąrašo skaidymas pagal regioną kiekvienais metais.

Horizontalus skaidymo privalumai

• Pagerintas užklausų vykdymo našumas: Užklausos turi pasiekti tik atitinkamus skaidinius, sutrumpindamos nuskaitymo laiką.
• Patobulintas mastelio keitimas: Duomenys gali būti paskirstyti per kelis serverius, leidžiant horizontaliai keisti mastelį.
• Lengvesnis duomenų valdymas: Atskiri skaidiniai gali būti kuriami atsargines kopijas, atkuriami ir valdomi nepriklausomai.
• Sumažintas konkurencingumas: Paskirsčius duomenis per kelis serverius, sumažėja konkurencija dėl išteklių, pagerėja bendras našumas.

Horizontalus skaidymo trūkumai

• Padidėjęs sudėtingumas: Horizontalus skaidymas gali būti sudėtingas, reikalaujantis kruopštaus planavimo ir vykdymo.
• Užklausų maršrutizavimas: Duomenų bazės sistema turi nustatyti, prie kurių skaidinių prisijungti kiekvienai užklausai, o tai gali padidinti našumą.
• Duomenų iškreipimas: Netolygus duomenų paskirstymas tarp skaidinių gali sukelti našumo trikdžius.
• Sujungimai tarp skaidinių: Sujungimai tarp lentelių, kurios yra skaidomos skirtingai, gali būti sudėtingi ir neefektyvūs.
• Schemos pakeitimai: Norint pakeisti visų skaidinių schemą, reikia kruopščios koordinacijos.

Kada naudoti horizontalų skaidymą

Horizontalus skaidymas yra geras pasirinkimas, kai:

• Lentelė yra labai didelė (milijonai ar milijardai eilučių).
• Užklausos paprastai pasiekia duomenų pogrupį pagal konkrečius kriterijus (pvz., datų intervalas, regionas).
• Programai reikia horizontaliai keisti mastelį, kad būtų galima apdoroti didėjančias duomenų apimtis ir vartotojų srautą.
• Turite izoliuoti skirtingus duomenų pogrupius dėl saugos ar atitikties reguliavimo priežastims.

Horizontalus skaidymo pavyzdžiai

Elektroninė komercija: El. komercijos svetainė gali horizontaliai skaidyti savo užsakymų lentelę pagal užsakymo datą. Kiekviename skaidinyje galėtų būti konkretaus mėnesio ar metų užsakymai. Tai pagerintų užklausų vykdymo našumą ataskaitoms, kuriose analizuojamos užsakymų tendencijos laikui bėgant.

Socialinė žiniasklaida: Socialinės žiniasklaidos platforma gali horizontaliai skaidyti savo vartotojų veiklos lentelę pagal vartotojo ID. Kiekviename skaidinyje galėtų būti konkretaus vartotojų diapazono veiklos duomenys. Tai leistų platformai horizontaliai keisti mastelį, didėjant vartotojų skaičiui.

Finansinės paslaugos: Finansų įstaiga gali horizontaliai skaidyti savo operacijų lentelę pagal sąskaitos ID. Kiekviename skaidinyje galėtų būti konkretaus sąskaitų diapazono operacijų duomenys. Tai pagerintų užklausų vykdymo našumą sukčiavimo aptikimui ir rizikos valdymui.

Vertikalus skaidymas

Vertikalus skaidymas apima lentelės padalijimą į kelias lenteles, kurių kiekvienoje yra stulpelių pogrupis. Visi skaidiniai turi tą patį eilučių skaičių. Stulpeliai padalijami pagal jų naudojimo būdus ir ryšius.

Kaip veikia vertikalus skaidymas

Apsvarstykite lentelę, kurioje yra klientų duomenys su tokiais stulpeliais kaip `customer_id`, `name`, `address`, `phone_number`, `email` ir `purchase_history`. Jei kai kurioms užklausoms reikia tik kliento vardo ir adreso, o kitoms - pirkimo istorijos, galite vertikaliai skaidyti šią lentelę į dvi lenteles:

• `customer_info`: `customer_id`, `name`, `address`, `phone_number`, `email`
• `customer_purchase_history`: `customer_id`, `purchase_history`

Stulpelis `customer_id` įtrauktas į abi lenteles, kad būtų galima jas sujungti.

Kai vykdoma užklausa, duomenų bazės sistema turi pasiekti tik lentelę (-es), kurioje (-iose) yra užklausos reikalaujami stulpeliai. Tai sumažina duomenų kiekį, kurį reikia perskaityti iš disko, pagerindama užklausų vykdymo našumą.

Vertikalaus skaidymo privalumai

• Pagerintas užklausų vykdymo našumas: Užklausos turi pasiekti tik atitinkamus stulpelius, sumažindamos įvesties/išvesties operacijas.
• Sumažintas lentelės dydis: Atskiros lentelės yra mažesnės, todėl jas lengviau valdyti ir kurti atsargines kopijas.
• Pagerintas saugumas: Skirtingoms lentelėms galima taikyti skirtingas saugos politikas.
• Supaprastina duomenų perkėlimą: Rečiau naudojamų duomenų perkėlimas į pigesnius saugyklos lygius.

Vertikalaus skaidymo trūkumai

• Padidėjęs sudėtingumas: Vertikalus skaidymas gali būti sudėtingas, reikalaujantis kruopštaus planavimo.
• Reikalingi sujungimai: Užklausoms, kurioms reikia duomenų iš kelių skaidinių, reikia sujungimų, o tai gali padidinti našumą.
• Duomenų perteklius: Kai kuriuos stulpelius (pvz., pirminį raktą) reikia dubliuoti keliose lentelėse.
• Operacijų valdymas: Norint išlaikyti duomenų nuoseklumą keliose lentelėse, reikia kruopščiai valdyti operacijas.

Kada naudoti vertikalų skaidymą

Vertikalus skaidymas yra geras pasirinkimas, kai:

• Lentelėje yra daug stulpelių.
• Skirtingos užklausos pasiekia skirtingus stulpelių pogrupius.
• Kai kurie stulpeliai pasiekiami dažniau nei kiti.
• Turite taikyti skirtingas saugos politikas skirtingiems stulpeliams.
• Norite perkelti rečiau pasiekiamus stulpelius į pigesnę saugyklą.

Vertikalaus skaidymo pavyzdžiai

Ryšių su klientais valdymas (CRM): CRM sistema gali vertikaliai skaidyti savo klientų lentelę pagal naudojimo būdus. Pavyzdžiui, dažnai pasiekiama informacija apie klientus (vardas, adresas, kontaktiniai duomenys) gali būti saugoma vienoje lentelėje, o rečiau pasiekiama informacija (pvz., išsami sąveikos istorija, pastabos) gali būti saugoma kitoje.

Produktų katalogas: Internetinis mažmenininkas gali vertikaliai skaidyti savo produktų katalogo lentelę. Dažnai pasiekiama informacija apie produktus (pavadinimas, kaina, aprašymas, vaizdai) gali būti saugoma vienoje lentelėje, o rečiau pasiekiama informacija (pvz., išsamios specifikacijos, apžvalgos, informacija apie tiekėjus) gali būti saugoma kitoje.

Sveikatos priežiūra: Sveikatos priežiūros paslaugų teikėjas gali vertikaliai skaidyti savo pacientų įrašų lentelę. Slapta informacija apie pacientus (pvz., ligos istorija, diagnozės, vaistai) gali būti saugoma vienoje lentelėje su griežtesnėmis saugos priemonėmis, o mažiau slapta informacija (pvz., kontaktiniai duomenys, informacija apie draudimą) gali būti saugoma kitoje.

Horizontalus prieš vertikalų skaidymą: Pagrindiniai skirtumai

Šioje lentelėje apibendrinami pagrindiniai horizontalus ir vertikalus skaidymo skirtumai:

Funkcija	Horizontalus skaidymas	Vertikalus skaidymas
Duomenų padalijimas	Eilutės	Stulpeliai
Schema	Ta pati visiems skaidiniams	Skirtinga kiekvienam skaidiniui
Eilučių skaičius	Skiriasi tarp skaidinių	Tas pats visiems skaidiniams
Pagrindinis naudojimo atvejis	Mastelio keitimas ir našumas didelėms lentelėms	Dažnai naudojamų stulpelių prieigos optimizavimas
Sudėtingumas	Aukštas	Vidutinis
Duomenų perteklius	Minimalus	Galimas (pirminis raktas)

Tinkamos skaidymo strategijos pasirinkimas

Tinkamos skaidymo strategijos pasirinkimas priklauso nuo įvairių veiksnių, įskaitant duomenų dydį ir struktūrą, užklausų tipus, kuriuos turite palaikyti, ir našumo tikslus. Štai bendra gairė:

• Jei jūsų lentelė yra labai didelė ir jums reikia horizontaliai keisti mastelį, pasirinkite horizontalų skaidymą.
• Jei jūsų lentelėje yra daug stulpelių ir skirtingos užklausos pasiekia skirtingus stulpelių pogrupius, pasirinkite vertikalų skaidymą.
• Apsvarstykite sudėtinį skaidymą, jei jums reikia sujungti horizontalaus ir vertikalaus skaidymo privalumus.

Taip pat svarbu atsižvelgti į sudėtingumą ir našumą, susijusį su kiekviena skaidymo strategija. Skaidymo įgyvendinimas reikalauja kruopštaus planavimo ir vykdymo, be to, jis gali padidinti užklausų apdorojimo našumą. Todėl, prieš priimant sprendimą, būtina įvertinti privalumus ir trūkumus.

Duomenų bazės skaidymo įrankiai ir technologijos

Keletas įrankių ir technologijų palaiko duomenų bazės skaidymą, įskaitant:

• SQL duomenų bazės: Dauguma pagrindinių SQL duomenų bazių (pvz., MySQL, PostgreSQL, Oracle, SQL Server) teikia integruotą skaidymo palaikymą.
• NoSQL duomenų bazės: Daugelis NoSQL duomenų bazių (pvz., Cassandra, MongoDB, Couchbase) siūlo skaidymo galimybes horizontaliam mastelio keitimui.
• Duomenų saugyklų platformos: Duomenų saugyklų platformos, tokios kaip Snowflake ir Amazon Redshift, teikia skaidymo ir duomenų paskirstymo funkcijas.
• Tarpinė programinė įranga: Tarpiniai sprendimai, tokie kaip Vitess ir ProxySQL, gali būti naudojami skaidymui įgyvendinti prieš esamas duomenų bazes.

Geriausia duomenų bazės skaidymo praktika

Norėdami užtikrinti sėkmingą duomenų bazės skaidymą, laikykitės šių geriausių praktikų:

• Supraskite savo duomenis: Išanalizuokite savo duomenis, kad nustatytumėte geriausią skaidymo raktą ir strategiją.
• Planuokite atsargiai: Sukurkite išsamų skaidymo planą, kuriame būtų atsižvelgta į jūsų našumo tikslus, mastelio keitimo reikalavimus ir duomenų valdymo poreikius.
• Pasirinkite tinkamus įrankius: Pasirinkite tinkamus įrankius ir technologijas, atsižvelgdami į savo konkrečius reikalavimus.
• Stebėkite našumą: Stebėkite savo suskaidytos duomenų bazės našumą, kad nustatytumėte ir išspręstumėte bet kokias problemas.
• Optimizuokite užklausas: Optimizuokite savo užklausas, kad galėtumėte pasinaudoti skaidymu.
• Automatizuokite valdymą: Automatizuokite įprastas valdymo užduotis, tokias kaip atsarginės kopijos ir duomenų archyvavimas.
• Dokumentuokite savo architektūrą: Aiškiai dokumentuokite savo skaidymo architektūrą, kad galėtumėte ją naudoti ateityje ir atlikti priežiūrą.

Išvada

Duomenų bazės skaidymas yra galingas būdas pagerinti duomenų bazės našumą, mastelio keitimą ir valdymą. Suprasdami horizontalaus ir vertikalaus skaidymo skirtumus ir laikydamiesi geriausios praktikos, galite efektyviai panaudoti skaidymą, kad optimizuotumėte savo duomenų bazę reikliems darbo krūviams. Nesvarbu, ar kuriate didelio masto el. prekybos platformą, socialinės žiniasklaidos tinklą ar sudėtingą finansų sistemą, duomenų bazės skaidymas gali padėti pasiekti optimalų našumą ir užtikrinti sklandų vartotojo patirtį. Atminkite, kad atidžiai išanalizuokite savo duomenis ir programos reikalavimus, kad pasirinktumėte skaidymo strategiją, kuri geriausiai atitinka jūsų poreikius. Pasinaudokite skaidymo galia ir atskleiskite visą savo duomenų bazės potencialą!

Sėkmingo skaidymo raktas yra gilus duomenų, programos poreikių ir su kiekvienu metodu susijusių kompromisų supratimas. Nebijokite eksperimentuoti ir kartoti, kad rastumėte optimalią konfigūraciją savo konkrečiam naudojimo atvejui.