この記事は Ruby on Rails アドベントカレンダーの5日目です。

RailsでDBのshardingをする話

負荷分散のためにRailsでDBのシャーディングをしたいときに、いくつか利用できるGemがあります。
例を挙げると、

などなど…そこそこあるのですが、この中でこれ書いている現在Rails 5 readyなのがactiverecord-shardingとswitch_pointだけのようでした。

で、自分たちはOctopusを使ってしまっていた

Rails 4.2を利用していて、Octopus使っていて、からのー、Rails 5にアップグレード、うっ、頭が…

OctopusはActiveRecordの標準の機能を拡張してシャーディングの機能を提供してくれるところが良いところなのですが、裏を返せばActiveRecordの実装に手を入れるということなのでRailsのバージョンアップコストがとても高いというデメリットがあります。

そこそこコードが成長してしまっていたので、今から他のGemに乗り換えるのは難しそうでした。(activerecord-shardingなどは、独自メソッドやDSLをActiveRecordに生やすように実装されているので、ActiveRecordのもとの実装に影響されない。かわりに、コードのマイグレーションが必要だった)

ぶっちゃけやりたいのはシャーディングだけで、そんなに多機能なGemじゃなくてよかった

Rails 5 readyなoctopusが欲しい…と思っていたところに本家issueにこんなコメントが

もうOctopusメンテされないらしい…チャンス…!?

※と…思っていたのだけれど、Gem作ってからこの記事書いてる間にこんなコメントが

ああっ…台無し…！？　でも、ここまできたので続けていきます

Octopusはもうダメかもしれない …Tako作ろ…

ということで、OctopusのクローンのTakoを作ってみました。
MITライセンスで公開しています。

Takoで実現したかったことの要件をまとめると以下のような感じです

Octopusの#usingメソッドのように、与えられたブロック内またはそのメソッドチェイン内でシャードを指定してSQLを発行したい。
この際なのでActiveRecordの実装への依存を可能な限り減らしたい。
Rails標準のマイグレーションも可能な限り利用できるようにしたい。
- 完全水平分割だけでいいのでシャード指定のマイグレーションとか要らない
Railsのバージョンアップがあったら、可能な限り早く対応したい。
Railsの対応バージョンは<= 4.0で5系対応。 3系はもう良いかなって…

使い方

インストール

Gemfile

gem 'tako'

bundle install

gem install tako

で利用できます

DBのセットアップ

config/shards.ymlを作成します。読み込む際に、ERBで一度パースされます。
config/shards.ymlの内容はTako.configで取得することができます。

config/shards.yml

default: &default
  adapter: mysql2
  encoding: utf8
  charset: utf8
  collation: utf8_general_ci
  reconnect: false
  username: <%= ENV['MYSQL_USER_NAME'] %>
  password: <%= ENV['MYSQL_ROOT_PASSWORD'] %>
  host: <%= ENV['MYSQL_HOST'] %>
  port: <%= ENV['MYSQL_PORT'] %>
  database: tako_<%= Rails.env %>

tako:
  <%= Rails.env %>:
    shard1:
      <<: *default
      host: <%= ENV['MYSQL_SHARD1_HOST'] %>
      database: tako_<%= Rails.env %>_shard1
    shard2:
      <<: *default
      host: <%= ENV['MYSQL_SHARD2_HOST'] %>
      database: tako_<%= Rails.env %>_shard1

以下のように rake db:tako:<command>でマイグレーションを実行できます。

$ bundle exec rake db:tako:create
$ bundle exec rake db:tako:migrate

shards.ymlから全シャード情報を読み込み、それぞれに対してdb:migrateを掛けるようになっています。
各shard間でマイグレーションのバージョンが違っていてもいい感じで処理してくれます。

アプリ内での利用

Octopus.usingに相当するメソッドが、Tako.shardになります。
usingにしなかった理由は、Module#usingと名前が重複するからです。

User.shard(:slave_one).where(:name => "Thiago").limit(3)
# => :slave_oneでクエリ実行

User.create(name: "Bob")
# => database.ymlに記載されているデフォルトのDBでクエリ実行

Tako.shard(:slave_two) do
  User.create(name: "Mike")
  # => :slave_twoでクエリ実行
end

User.shard(:slave_two) do
  User.shard(:slave_one).create(name: "Mike")
  # => :slave_oneでクエリ実行
end

アソシエーションでの対応

要するに、そのActiveRecord::Baseのインスタンスが作成されたスコープにおけるシャードが、保存先のシャードになる実装になっています。

user = User.shard(:shard01).create(name: "Jerry")

user.logs.create
# => この場合は、userと同じシャードである:shard01でlogが作成される

user.logs << Log.shard(:shard02).new
# => ただし、この場合は:shard02

life = user.build_life
life.save!
# => buildしてsaveの場合は、親?と同じ:shard01になる。

全シャードでの実行

Tako.with_all_shards(&block)で、ブロック内のコードが全シャードで実行されます

# 全シャードでMikeさんがお見えになる
Tako.with_all_shards do
  User.create(name: "Mike")
end

Octopusからマイグレーションしたい場合

まずはじめに、ありがとうございます！

以下の手順でマイグレーションできます。
migration等でOctopusの機能を利用している場合は、避けていただくか、TakoにPRを送ってください。

Octopus.using またはModel.usingをTako.shardまたはModel.shardに置換します
config/shards.ymlをTako用に書き換えます

実装で苦労した所/妥協した所

prependが使えない

他にActiveRecordを拡張するgemを利用していた場合、例えばsave!メソッドをalias_methodまたはaliasするようなgemが入っていると、prependでsuperを呼び出そうとして、stack level too deepになってしまいます。なので、今回Takoの実装には同じくalias_methodが利用されています…

ActiveRecord::Migratorが結構魔界

Railsのソース読む上で一番苦労したのがMigratorのコードを追うところでした。
Rails内部から利用される想定で書いてあるので、外からの呼び出しが辛かった覚えがあります。

ConnectionPoolが利用できない

Thread使うことって、個人的にはあんまりないかなって思ったので、実装が楽な方を取りました。
Takoでは、connection_poolは利用できません。

まとめ

以上、シャーディングに関するつらみとTakoの紹介でした。

"Octopus"のクローン"Tako"を作ってRails5でshardingする話