Rebalancing Partitions

每经过一段时间，资料库可能会因为以下几件事情改变：

• 为了想提高查询的吞吐量，所以你加了 CPU。
• 资料的大小增加了，所以你需要加更多记忆体。
• 一台机器或某几个资料硬碟坏了，其他的机器得接手它们的工作。

这些改变都会需要将资料和 request 从一个节点移到另一个节点上，这个过程称之为 rebalancing。

不管你采用何种 partition schema，rebalancing 起码得达成以下需求：

• rebalancing 之後，负载 (资料、读取和写入需求) 应该要能平均分散之各台节点上。
• rabalancing 过程中，资料库应能正常处理读取和写入。
• 最小化资料在节点间的搬移，减少网路和硬碟 IO。

所以接下来会讲做 rebalancing 时有哪些策略。

Strategies for Rebalancing

Fixed number of partitions

这个方法需首先先在每台节点上固定 partition 数量，举例来说假设丛集有 10 台节点，我们可以指定 partition 的量为 1000 个，如此每台节点大约会有 100 个 partition，然後当节点增加时，这个新的节点会去每一台节点中 偷 一些 partition 回来，直到整个丛集的 partition 分布变平均为止，这个过程如下图。

这个 rebalancing 策略被使用在 Riak, Elasticsearch, Couchbase 和 Voldemort。

这里最大的难处就是如何在一开始就选一个对的 partiton 数量，资料会随时间比例的成长，如果 partition 设很大，做 rebalancing 或节点从挂掉到恢复都是昂贵的，但 partition 设很小，每个 partition 又容易 overhead。

Dynamic partitioning

如果资料使用 key-range partition (Day 27)，固定的 parition 数量会非常不方便，容易发生边界错误，这就会导至这些资料都只流到一个 partition 里，然後其他 partition 就空了。

所以使用 key-range partition 的 HBase 和 RethinkDB 就使用 dynamic partition，当 partition 的资料大小成长到某个门槛值後，它会分裂成 2 个差不多一半大小的 partition，反过来说资料大小小於某个门槛值，它会合并邻近的 partition，这个过程很像 Day 10 提到过的 B-Trees。

dynamic partitioning 的好处就是它能随着整体的资料量做 partition 调整，资料不大时使用小量的 partition 是很有效率的，但要留意的是，当你新建资料库时，初期你的资料量小所以只会有 1 个 partition，然後其他节点就会闲置了，为了减轻这个状况，HBase 和 MongoDB 允许设定初始的 partition 数量 (也称 pre-spiling )。

最後 dynamic partitioning 也适合用在 hash-partitoin 上。

Partitioning proportionally to nodes

上面讲的 fixed number partition 和 dynamic partitioning 的 partitoin 数量都是跟资料大小成正比，也就是说，这 2 个策略都跟每个节点该放多少个 partition 无关。

第三个 partition 的策略是用在 Cassandra 和 Ketama，partition 的数量是跟节点数量成正比，换句话说就是每个节点的 partition 数量会固定，这个方法会保持每个 partition 的大小是相对稳定的。

当一个新节点加入时，它会随机选固定数量的 partition 做 split。

Operations: Automatic or Manual Rebalancing

最後一个要探讨的问题是该自动还手动做 rebalancing？

全自动 rebalancing 或许很方便，但它是不可预测的，rebalancing 是很昂贵的操作，因为它需要 rerouting request 和在节点搬移大量资料，一不小心可能会网路过载和影响 request 的 performance。

自动 rebalancing 也可能会造成意想不到的危害，举例来说一个节点过载了然後回覆变慢，其他节点可能会认为它已挂掉，然後自动 rebalancing 会开始作业，把负载 (资料、读取和写入需求) 从过载节点转到其他节点上，进而造成过载节点工作量更重，然後大家一起挂掉。

所以，书中建议手动执行，虽然比自动慢，但更能避免意外。