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在 5.0.0 GA 版本中，Apache ShardingSphere 新增了运行模式的概念，同时提供了 Memory/Standalone/Cluster 3 种配置方式。ShardingSphere 为什么会提供这 3 种运行模式，不同的运行模式在实际的开发使用场景中又有哪些不同呢？
本文将带领大家一起了解 ShardingSphere 5.0.0 全新概念-运行模式。
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孟浩然
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SphereEx 高级研发工程师、Apache ShardingSphere PMC。
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曾就职于京东科技，负责数据库产品研发，热爱开源，关注数据库生态，目前专注于 ShardingSphere 数据库中间件开发以及开源社区建设。
分布式治理背景
分布式治理是 ShardingSphere 集群部署的基础，在 5.0.0 版本之前，用户需要在配置文件中通过配置 governance 标签来开启分布式治理功能：
governance:
name: # 治理名称
registryCenter: # 配置中心
type: # 治理持久化类型。如：Zookeeper, etcd
serverLists: # 治理服务列表。包括 IP 地址和端口号。多个地址用逗号分隔。如: host1:2181,host2:2181
overwrite: # 本地配置是否覆盖配置中心配置。如果可覆盖，每次启动都以本地配置为准
持久化用户配置以及元数据信息是分布式治理最主要的功能之一，也是支持 DistSQL 的基本能力。在 5.0.0 系列的文章中，DistSQL 核心开发人员已经详细和大家介绍了 DistSQL 的概念、语法和使用，以及如何开发自己的 DistSQL。简单回顾一下，DistSQL 为 ShardingSphere 提供了一种数据库化的使用体验，用户可以使用 SQL 的方式来搭建和管理整个 ShardingSphere 分布式数据库生态体系。
作为一个分布式数据库生态系统的操作语言，和标准的 SQL 一样， DistSQL 需要保证操作的任何配置以及元数据都能够被持久化，以保证系统还原时的数据一致性。而在 5.0.0 版本之前，只有开启分布式治理才能实现这个功能，这也是为什么 DistSQL 在开发初期仅支持分布式治理场景下使用的原因。
运行模式的产生
ShardingSphere 基于现有的分布式治理功能提供的集群部署能力，将拥有分布式能力的 ShardingSphere 定义为集群模式。集群模式支持 ShardingSphere 作为无状态的计算节点进行多实例部署，同时借助注册中心，实现集群内所有实例的元数据信息的实时同步。集群模式天然支持 DistSQL，借助 DistSQL 可以对集群模式下的计算/存储节点进行诸如节点上下线、禁用等管理操作。
为了解决 DistSQL 只能在分布式场景下使用的局限，ShardingSphere 首先需要解决非分布式环境下的元数据存储问题，最简单也是最直接的方式是将元数据写入本地文件中，服务重启时根据配置可以从本地文件加载元数据。与分布式场景的集群模式不同，本地文件无法在多个 ShardingSphere 实例之间实时共享配置，所有配置更新仅在当前实例生效，这就是单机模式。
ShardingSphere 5.0.0 版本除了为用户提供更强大的功能之外，打造稳定友好的用户 API ，持续提升用户使用体验，也是 ShardingSphere 的产品目标。除了集群模式和单机模式，部分用户有快速启动集成 ShardingSphere 且无需进行配置持久化的需求，比如使用 ShardingSphere 快速验证某些功能，集成测试等场景，结合对用户这些使用的场景的思考，内存模式应运而生。
至此 ShardingSphere 为用户提供了内存模式、单机模式以及集群模式，运行模式在 API 的设计上更容易被用户理解，也更贴合 ShardingSphere 的实际使用场景，同时这 3 种不同的运行模式都能支持使用 DistSQL 进行分布式数据库服务的快速搭建和管理。
在 5.0.0 中废弃了 governance 配置方式，改为使用 mode 配置不同的运行模式。
mode:
type: # 运行模式类型 Standalone/Cluster
repository:
type: # 持久化类型 不同模式对应不同的实现 Standalone-File,Cluster-ZooKeeper/Etcd
props: # 不同的持久化类型对应不同的自定义配置
...
overwrite: false # 是否使用本地配置覆盖本地/远程配置
接下来和大家详细介绍三种运行模式的概念以及在使用 ShardingSphere 进行业务开发时如何选择合适的运行模式。
概念与应用场景
内存模式（Memory）
默认的运行模式，用户无需配置 mode。内存模式下用户无需配置任何持久化组件和策略，无论是本地初始化的配置还是通过 SQL/DistSQL 操作造成的元数据变更，仅在当前进程中生效，服务重启后配置将会被还原。内存模式适用于集成测试环境，方便开发人员在整合功能测试中集成 ShardingSphere 而无需清理运行痕迹。
单机模式（Standalone）
ShardingSphere 为单机模式默认提供了本地文件的持久化方式，能够将数据源和规则等元数据信息持久化到本地文件中，而在服务重启的时候，依然能够从本地文件中读取配置，保持元数据和重启之前的版本一致。单机模式适用于开发工程师在本地快速搭建 ShardingSphere 的开发环境，进行功能的联调和验证。
单机模式的配置方式如下：
mode:
type: Standalone
repository:
type: File
props:
path: ...
overwrite: false
单机模式默认提供本地文件的持久化方式，默认将配置持久化到用户目录的 .shardingsphere 下，也可以通过配置 path 自定义存储路径。
集群模式（Cluster）
集群模式是 ShardingSphere 建议的真实部署上线的生产环境必须使用的模式，采用 JDBC 和 Proxy 混合部署架构也必须使用集群模式。集群模式提供了分布式治理的功能，通过集成独立部署的第三方注册中心，除了能够持久化元数据之外，同时实现了多个实例之间的数据共享以及分布式场景下的状态协调，也是 ShardingSphere 通过水平扩展来提高计算能力以及高可用等核心功能的基础。
集群模式的配置方式如下（ZooKeeper 为例）：
mode:
type: Cluster
repository:
type: ZooKeeper
props:
namespace: governance_ds
server-lists: localhost:2181
retryIntervalMilliseconds: 500
timeToLiveSeconds: 60
maxRetries: 3
operationTimeoutMilliseconds: 500
overwrite: false
三种运行模式的对比如下，用户可以按照自己的需求进行选择。
| 内存模式 | 单机模式 | 集群模式 | |
|---|---|---|---|
| 默认 | 是 | 否 | 否 |
| 持久化方式 | 无 | 本地文件（默认） | 注册中心 |
| 实现方式 | 无 | 1. File2. H2 Database（开发中） | 1. Zookeeper2. Etcd |
| 是否需要部署三方组件 | 否 | 否 | 是 |
| 是否支持 DistSQL | 是 | 是 | 是 |
| 分布式治理 | 否 | 否 | 是 |
| 适用场景 | 集成测试/快速验证 | 本地开发/功能联调 | 生产环境/混合部署 |
结语
ShardingSphere 提供的三种运行模式，能够满足用户在测试、开发以及线上部署环境的全部需求，与此同时，借助于 ShardingSphere 强大的可插拔架构设计，开发者也可以灵活定制各个模式下的持久化方式，打造更适合自身开发和业务需求的运行模式。同时运行模式也是 SphereEx 中文社区 Governance 兴趣小组长期维护的模块之一，对分布式治理感兴趣的同学，也请关注 SphereEx 中文社区并加入我们的兴趣小组。