團隊介紹

網(wǎng)易樂得DBA組，負責網(wǎng)易樂得電商、網(wǎng)易郵箱、網(wǎng)易技術(shù)部數(shù)據(jù)庫日常運維，負責數(shù)據(jù)庫私有云平臺的開發(fā)和維護，負責數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫中間件Cetus的開發(fā)和測試等等。

一、背景

隨著業(yè)務(wù)的爆發(fā)式增長，電商系統(tǒng)中的讀寫壓力越來越高，單節(jié)點MySQL實例壓力越來越大，單純升級服務(wù)器硬件已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)環(huán)境的需要。解決讀請求壓力，需要支持從庫擴展；解決寫請求壓力，對數(shù)據(jù)分片增加多個節(jié)點，降低單節(jié)點MySQL實例的壓力成了更優(yōu)的選擇。

傳統(tǒng)的分片是通過DAO層進行的，但是DAO層對數(shù)據(jù)分片存在諸多問題。從業(yè)務(wù)角度看，配置修改需要重啟服務(wù)，代價巨大；需要對分片結(jié)果集進行處理，業(yè)務(wù)邏輯愈加復(fù)雜；功能相對簡單。從數(shù)據(jù)庫運維角度看，配置管理的統(tǒng)一化難度較大；DB的升級、遷移等操作復(fù)雜。

網(wǎng)易電商同樣面臨著這些問題，為了徹底解決數(shù)據(jù)庫瓶頸，網(wǎng)易樂得團隊在實際生產(chǎn)中研發(fā)了自己的中間件Cetus。其具有正統(tǒng)基因，基于官方MySQL-Proxy的版本進行全面修復(fù)和再創(chuàng)新，已于不久前開源，在各個產(chǎn)品線上得到廣泛應(yīng)用，性能和穩(wěn)定性均表現(xiàn)良好。

Cetus兼容MySQL協(xié)議，前端應(yīng)用不用修改即可通過Cetus訪問數(shù)據(jù)庫，方便DBA運維同學(xué)和開發(fā)同學(xué)使用，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫層面的橫向擴展。

目前Cetus有讀寫分離和Sharding兩個版本，可通過編譯參數(shù)選擇適合的版本。它支持對用戶透明的多項功能，例如分布式事務(wù)、連接池、結(jié)果集壓縮、安全管理、狀態(tài)監(jiān)控、Tcp Stream傳輸?shù)鹊取?/p>

二、負載均衡策略及性能優(yōu)化

本文所討論的負載均衡，指的是讀流量的負載均衡，即讀流量如何分配到后端同一MySQL集群內(nèi)的各個DB。

Cetus的負載均衡策略，主要分為兩部分：

• 主從庫之間讀流量的負載策略；

• 從庫之間讀流量的負載策略。

具體實現(xiàn)時候，流量的分配單位與Atlas等中間件也略有不同，進行了性能優(yōu)化。下面章節(jié)將依次詳細介紹。

1、主從庫之間讀流量的負載策略

默認情況下，非事務(wù)中、未通過注釋強制路由主庫或未使用鎖的讀流量會優(yōu)先路由到從庫，各個從庫之間負載均衡。只有當從庫都不可用時，讀流量才會路由到主庫。

有些業(yè)務(wù)場景下，主庫可以分擔部分讀流量，這時就涉及到讀流量在主庫和從庫上配置負載策略了。

Cetus中，可以通過配置參數(shù)read-master-percentage來指定默認的讀流量路由到主庫的百分比，該參數(shù)的取值范圍是[0, 100]。

該值默認為0，即所有讀流量會優(yōu)先路由從庫，所有從庫均不可用時，才會路由主庫；如果該參數(shù)設(shè)置為100時，則所有讀流量都會路由到主庫；如果該值設(shè)置為(0, 100)時，則會按照設(shè)置的比例進行路由。需要注意的是，該值表示的是主庫和所有從庫的比例。

2、從庫之間的讀流量負載策略

路由到從庫的流量會在各個從庫之間進行負載均衡。目前Cetus各個從庫之間的讀流量負載策略僅支持輪詢（RR）方式。

在流量分配方面，Cetus也進行了優(yōu)化。一些MySQL數(shù)據(jù)庫中間件（例如Atlas）是基于SQL的維度做負載均衡的，不會考慮SQL是同一個連接還是不同連接發(fā)送來的，中間件依次將接收到的SQL按照策略發(fā)往后端的數(shù)據(jù)庫。

在實際使用中發(fā)現(xiàn)，長連接的場景下，該策略會造成大量的連接切換，從而導(dǎo)致session級變量的頻繁調(diào)整，影響SQL執(zhí)行效率。因此，Cetus對其進行了優(yōu)化，并非完全按照SQL的維度做負載均衡。

Cetus考慮了同一個連接連續(xù)發(fā)送SQL請求的情況，不會立即將當前SQL使用完的Cetus與MySQL的連接放回連接池復(fù)用，而是持有短暫（256毫秒）時間，以期后續(xù)仍有SQL執(zhí)行，從而避免了session級變量的調(diào)整，大大增加了SQL執(zhí)行的效率。

長連接場景下，對優(yōu)化前后的Cetus進行了簡單測試。通過測試發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化后的Cetus針對長連場景下的讀流量的吞吐量有了明顯提升。下圖是在docker環(huán)境下的簡單測試對比：

為了防止IO過高，簡單改造了sysbench發(fā)送的SQL，限制了返回的結(jié)果集大小。禁用事務(wù)和prepare的情況下，采用100個線程每次測試60s，連續(xù)測試5次，結(jié)果如下：

由于本機Docker性能較差，且sysbench模擬測試的語句較為簡單，不涉及session變量的切換，因此對比效果不甚明顯，本次測試性能僅提升30%左右。長連接業(yè)務(wù)場景下，性能優(yōu)化可能會更加明顯。

3、讀流量的路由策略總結(jié)

在存在至少1個可用從庫的情況下，影響查詢語句的路由策略的因素主要有：

1. 事務(wù)中的查詢；

2. select...for update 或 select ... lock in share mode；

3. Cetus設(shè)置參數(shù)master-preferred=true所有流量默認全部路由主庫；

4. Cetus設(shè)置參數(shù)read-master-percentage控制主從讀流量負載；

5. 使用注釋/*#mode=READWRITE*/或/*#mode=READONLY*/。

默認情況下，讀流量會優(yōu)先路由到從庫，從庫之間按照輪詢策略在各個從庫之間做負載均衡；一旦所有從庫均不可用，會路由到主庫上。目前Cetus的各個從庫暫不支持按照權(quán)重做負載。

• 對于a、b、c點，Cetus會將查詢語句直接路由主庫；

• 對于d點，如果設(shè)置read-master-percentage=100，所有的查詢流量均路由到主庫；如果設(shè)置read-master-percentage=[0, 100)，Cetus會將讀流量按照該比例路由到主庫和從庫（注意，這里的從庫指的是全部的從庫，即該比例指的是主庫和全部從庫的比例）；

• 對于e點，如果使用注釋/*#mode=READWRITE*/，讀流量會路由到主庫；如果使用注釋/*#mode=READONLY*/讀流量會路由從庫，如果所有從庫均不可用時才會路由到主庫。

上面的各個因素的優(yōu)先級，注釋的優(yōu)先級***，其次是參數(shù)master-preferred，***是參數(shù)read-master-percentage。

三、總結(jié)

MySQL數(shù)據(jù)庫中間件的主要特性是對客戶端發(fā)送的SQL進行路由，而其中負載均衡便是路由策略中的重要部分。通過了解Cetus的負載均衡機制，可以在后續(xù)維護過程中，更好的對數(shù)據(jù)庫中間件進行調(diào)優(yōu)，更靈活地控制SQL的路由。

Cetus中間件開源地址：https://github.com/Lede-Inc/cetus/blob/master/doc/cetus-quick-try.md