HandlerSocket简介以及php使用handlersocket

2021-09-03 07:17:06

目录：
HandlerSocket的原理

HandlerSocket的优势和缺陷阐述

HandlerSocket的性能测试

HandlerSocket的原理

HandlerSocket的应用场景：

MySQL自身的局限性，很多站点都采用了MySQL+Memcached的经典架构，甚至一些网站放弃MySQL而采用NoSQL产品，比如Redis/MongoDB等。不可否认，在做一些简单查询（尤其是PK查询）的时候，很多NoSQL产品比MySQL要快很多，而且前台网站上的80%以上查询都是简洁的查询业务。

MySQL通过HandlerSocket插件提供了API访问接口，在我们的基准测试中，普通的R510服务器单实例Percona/XtraDB达到了72W+QPS（纯读），如果采用更强劲的CPU增加更多的网卡，理论上可以获得更高的性能。而同等条件下Memcached仅有40W+QPS（纯读），并且在R510上Memcached单实例已经无法提升性能，因为Memcached对内存的一把大锁限制了它的并发能力。

HandlerSocket原理：

MySQL的架构是“数据库管理”和“数据管理”分离，即MySQL Server+Storage Engine的模式。MySQL Server是直接与Client交互的一层，它负责管理连接线程，解析SQL生成执行计划，管理和实现视图、触发器、存储过程等这些与具体数据操作管理无关的事情，通过调用Handler API让存储引擎去操作具体的数据。Storage Engine通过继承实现Handler API的函数，负责直接与数据交互，数据存取实现（必须实现），事务实现（可选），索引实现（可选），数据缓存实现（可选）。

（图1-1 MySQL架构）

HandlerSocket是在MySQL的内部组件，以MySQL Daemon Plugin的形式提供类似NoSQL的网络服务，它并不直接处理数据，只是侦听配置好的某个端口方式，接收采用NoSQL/API的通讯协议，然后通过MySQL内部的Handler API来调用存储引擎（例如InnoDB）处理数据。理论上，HanderSocket可以处理各种MySQL存储引擎，但是用MyISAM时，会出现插入的数据查不出来，这个实际上是构造行时第一字节没有初始化为0xff，初始化以后就没有问题，MyISAM也一样可以支持，但是为了更好地利用内存，用HandlerSocket都会搭配InnoDB存储引擎一起使用。

图1-2描述HandlerSocket具体做了哪些事情：

（图1-2 HandlerSocket原理）

因为HandlerSocket是以MySQL Daemon Plugin形式存在，所以在应用中，可把MySQL当NoSQL使用。它最大的功能是实现了与存储引擎交互，比如InnoDB，而这不需要任何SQL方面的初始化开销。访问MySQL的TABLE时，当然也是需要open/close table的，但是它并不是每次都去open/close table，因为它会将以前访问过的table cache保存下来以重复使用，而opening/closing tables是最耗资源的，而且很容易引起互斥量的争夺，这样一来，对于提高性能非常有效。在流量变小时，HandlerSocket会close tables，所以它一般不会阻塞DDL。

HandlerSocket与MySQL+Memcached的区别在哪呢？对比图1-2和图1-3，可从中看出其不同点，图1-3展示了典型的MySQL+Memecached的应用架构。因为Memcached的get操作比MySQL的内存中或磁盘上的主键查询要快很多，所以Memcached用于缓存数据库记录。若是HandlerSocket的查询速度和相应时间能与Memcached媲美，我们就可以考虑替换Memcached缓存记录的架构层。

（图1-3 典型MySQL+Memcached架构）

HandlerSocket的优势和缺陷阐述

HandlerSocket的优势和特点：

1) 支持多种查询模式

HandlerSocket目前支持索引查询（主键索引和非主键的普通索引均可），索引范围扫描，LIMIT子句，也即支持增加、删除、修改、查询完整功能，但还不支持无法使用任何索引的操作。另外支持execute_multi() 一次网络传输多个Query请求，节省网络传输时间。

2) 处理大量并发连接

HandlerSocket的连接是轻量级的，因为HandlerSocket采用epoll() 和worker-thread/thread-pooling架构，而MySQL内部线程的数量是有限的（可以由my.cnf中的handlersocket_threads/handlersocket_threads_wr参数控制），所以即使建立上千万的网络连接到HandlerSocket，也不会消耗很多内存，它的稳定性不会受到任何影响（消耗太多的内存，会造成巨大的互斥竞争等其他问题，如bug#26590，bug#33948，bug#49169）。

3) 优秀的性能

HandlerSocket的性能见文章HandlerSocket的性能测试报告描述，相对于其它NoSQL产品，性能表现一点也不逊色，它不仅没有调用与SQL相关的函数，还优化了网络/并发相关的问题：

(1). 更小的网络数据包：和传统 MySQL 协议相比，HandlerSocket 协议更简短，因此整个网络的流量更小。

(2). 运行有限的MySQL内部线程数：参考上面的内容。

(3). 将客户端请求分组：当大量的并发请求到达HandlerSocket时，每个工作线程尽可能多地聚集请求，然后同时执行聚集起来的请求和返回结果。这样，通过牺牲一点响应时间，而大大地提高性能。例如，可以减少fsync()调用的次数，减少复制延迟。

4) 无重复缓存

当使用Memcached缓存MySQL/InnoDB记录时，在Memcached和InnoDB Buffer Pool中均缓存了这些记录，因此效率非常低（实际上有两份数据，Memcached本身可能还需要做HA支持），而采用 HandlerSocket插件, 它直接访问 InnoDB 存储引擎，记录缓存在InnoDB Buffer Pool，于是其它SQL语句还可以重复使用缓存的数据。

5) 无数据不一致的现象

由于数据只存储在一个地方（InnoDB存储引擎缓存区内)，不像使用Memcached时，需要在Memcached和MySQL之间维护数据一致性。

6) 崩溃安全

后端存储是InnoDB引擎，支持事务的ACID特性，能确保事务的安全性，即使设置innodb_flush_log_at_trx_commit=2，若数据库服务器崩溃时，也只会丢掉<= 1s的数据。

7) SQL/NOSQL并存

在许多情况下，我们仍然希望使用SQL（例如复杂的报表查询），而大多数NoSQL产品都不支持SQL接口，HandlerSocket仅仅是一个 MySQL 插件，我们依然可以通过MySQL客户端发送SQL语句，但当需要高吞吐量和快速响应时，则使用 HandlerSocket。

8) 继承MySQL的功能

因为HandlerSocket运行于MySQL，因此所有MySQL的功能依然被支持，例如：SQL、在线备份、复制、HA、监控等等。

9) 不需要修改/重建MySQL

因为HandlerSocket是一个插件并且开源，所以它支持从任何MySQL源码、甚至是第三方版本（例如Percona）构建，而无需对MySQL做出任何修改。

10) 独立于存储引擎

虽然我们只测试了MySQL-EnterpriseInnoDB和Percona XtraDB插件，但HandlerSocket理论上可以和任何存储引擎交互。MyISAM通过简单的修改也是可以被支持的，但是从数据缓存而利用内存的角度看这个意义不大。

HandlerSocket的缺陷和注意事项

1) 协议不兼容

HandlerSocket API与Memcached API并不兼容，尽管它很容易使用，但仍然需要一点学习来学会如何与HandlerSocket交互。不过我们可以通过重载Memecached函数来翻译到HandlerSocket API。

2) 没有安全功能

与其它NoSQL数据库类似，HandlerSocket不支持安全功能，HandlerSocket的工作线程以系统用户权限运行，因此应用程序可以通过HandlerSocket协议访问所有的表对象，但是可以通过简单的修改协议，在my.cnf中增加一个配置项为密码，连接时通过这个配置的密码验证，当然也可以通过网络防火墙来过滤数据包。

3) 对于磁盘IO密集的场景没有优势

对于IO密集的应用场景，数据库每秒无法执行数千次查询，通常只有1-10%的CPU利用率，在这种情况下，SQL解析不会成为性能瓶颈，因此使用HandlerSocket没有什么优势，应当只在数据完全装载到内存的服务器上使用 HandlerSocket。但是对于PCI-E SSD（例如Fusion-IO）设备，每秒可以提供4w+ IOPS，并且IO设备本身消耗CPU比较大，使用HandlerSocket依然具有优势。

HandlerSocket的性能测试

HandlerSocket Oprofile测试报告

(MySQL通过SQL执行K/V查询的Oprofile信息)

MySQL执行SQL语句，首先要经过SQL解析阶段，调用MYSQLparse() 和MYSQLlex() 进行语法和词法解析；然后进入查询优化阶段，调用make_join_statistics() 和JOIN::optimize() 获得统计信息和生成执行计划，可以清洗第发现，主要耗资源的是SQL解析和优化层，而不是InnoDB存储层，row_search_for_mysql只消耗了很少的时间。

因此我们对比Memcached/NoSQL，知道MySQL除了数据操作，还要很多额外的步骤需要完成：

1 Parsing SQL statements【解析SQL】

2 Opening, locking tables【打开并锁定表】

3 Making SQL execution plans SQL【解析SQL并生成执行计划】

4 Unlocking, closing tables【解锁并关闭表】

另外，MySQL 还必须要做大量的并发控制，比如在发送/接收网络数据包的时候，fcntl() 就要被调用很多次；Global mutexes比如LOCK_open，LOCK_thread_count也被频繁地取得/释放。所以在Oprofile的输出中，排在第二位的是my_pthread_fastmutex_lock()。并且Mutex的竞争带来的上下文切换，导致%system占用CPU使用比例相当高（>20%）。

其实， MySQL 开发团队和外围的开发团体早已意识到大量并发控制对性能的影响，MySQL 5.5中已经解决了一些问题，Percona也对Mutex做了一些拆分处理，未来的MySQL版本中，也应该会越来越好。

在完全内存操作的情况时，CPU的效率非常重要。如果只有一小部分数据进入内存，那么SQL语句带来的消耗可以忽略不计。很简单，因为机械磁盘IO操作的时间消耗远比CPU解析SQL语句的时间消耗多，这种情况下，就不需要过分考虑SQL语句所带来的消耗。但是对于SSD盘，尤其是PCI-E SSD盘，响应时间在微秒级（Fusion I/O为30us左右），就必须考虑SQL带来的消耗了。

在大多数的MySQL 服务器中，大部分的热点数据都缓存在内存中，因而访问变得只受CPU的限制。Profiling 的结果就类似上所述的情况：SQL 层消耗了大量的资源。假设需要做大量的PK查询（例如：SELECT x FROM t WHERE id=?）或者是做LIMIT的范围查询，即使有70-80%都是在同一张表中做PK查询（仅仅只是查询条件中给定的值不同，即value不同而已）， MySQL 还是每次需要去做 parse/open/lock/unlock/close，这对我们来说是非常影响效率的事情。

(MySQL通过HandlerSocket执行K/V查询的Oprofile信息)

HandlerSocket性能测试报告：

【测试主机】

机型：R510

CPU：Intel(R) Xeon(R) CPU E5520 @ 2.27GHz

内存：4G*6

磁盘：146G2(OS) + 300G12 RAID10(data)

1) 完全随机测试

测试场景描述：

单实例MySQL 5.1.48 InnoDB Plugin

测试SQL：INSERT INTO table (key, value) VALUES(#key#, #value#) / SELECT value FROM table WHERE key=#key#

HS API：execute_single

2) 重复获取同一条数据

测试场景描述：

1 单实例Percona 5.1.57-12.8 XtraDB

2 测试SQL：SELECT value FROM table WHERE key=#key#

3 HS API：execute_single

4 MC API：get

转自：http://www.uml.org.cn/sjjm/201211093.asp

php使用handlersocket详解
有关于 HandlerSocket 的介绍、性能及其安装，可参考Using SQL as NoSQL。而 PHP extension for interfacing with MySQL Handler Socket，实际上这里php-handlersocket有整体的介绍，包括其安装、使用方法。现在纯粹是因为自己测试时犯了一很基础的错误，所以，罚自己多敲点字。
安装

[root@localhost php-handlersocket]# /usr/local/php/bin/phpize
[root@localhost php-handlersocket]# ./configure --with-php-config=/usr/local/php/bin/php-config
[root@localhost php-handlersocket]# make
[root@localhost php-handlersocket]# make install
说明：
1 编译时需要 libhsclient 库(libhsclient – HandlerSocket client library)。
2 安装成功时，在 PHP 的 extension dir 生成一名为 handlersocket.so，将extension=handlersocket.so加入 php.ini, 重启 PHP 服务。
HandlerSocket Class methods
HandlerSocket::construct
创建一 HandlerSocket Object。

HandlerSocket::__construct ( string $host, string $port [, array $options ] )
参数：

$host MySQL 服务器 host name。
$port HandlerSocket 的端口地址。

返回值：
返回 HandlerSocket Object。
HandlerSocket::openIndex
在对数据库表做任何的增删改查操作前，必须先选择一索引。

public bool HandlerSocket::openIndex ( int $id, string $db, string $table, string $index, string $fields )
参数：

$id HandlerSocket ID; 1 SELECT, 2 UPDATE, 3 INSERT, 4 DELETE。
$db 数据库名
$table 表名
$index 索引名, 可以是手动创建的索引名。这个参数可为空，一般指定时是用于 SELECT，eg: 指定为主键：HandlerSocket::PRIMARY
$fields 字段名(多个字段名，用逗号分隔)，可为空。

返回值：
成功时返回 TRUE, 反之亦然。
HandlerSocket::executeSingle
在表上做增删改查操作。

public mixed HandlerSocket::executeSingle ( int $id, string $op, array $fields [, int $limit, int $skip, string $modop, array $values, array $filters, int $invalues_key, array $invalues ] )
参数：

$id HandlerSocket ID; 1 SELECT, 2 UPDATE, 3 INSERT, 4 DELETE。
$op 操作符，有如下可选项, ‘=’, ‘>=’, ‘<=’, ‘>’, ‘<’, ‘+’。
$fields 查询中所用到的字段，数组，其长度必须等于或小于指定的列数。
$limit 最多影响的行数(最开始根据这个函数名称有在怀疑这个参数，测试时发现，如果存在满足条件的多条记录时，会根据这个参数指定的值返回记录数)。
$skip 在检索记录前忽略掉的行数。
$modop 指定修改操作，可选值：’U‘, ‘D’。
$values 数组，用于做 UPDATE 操作时指定修改的值。
$filters 过滤的选项。
$invalues_key ? (enabled : 0 / disabled : -1).
$invalues IN options

返回值:
返回做对应操作时的执行结果。
HandlerSocket::executeMulti
在一次调用中执行多个操作，即多个 HandlerSocket::executeSingle 的合并。

public mixed HandlerSocket::executeMulti ( array $requests )
参数：

$requrest 多组 executeSingle 参数，用数组的形式体现。

注意：
等同于：HandlerSocket::executeSingle($requests00, $requests01, ...), HandlerSocket::executeSingle($requests10, ...) ...。
返回结果：
返回做对应操作时的执行结果。
HandlerSocket::executeUpdate
To update a record from a table using an index.

public mixed HandlerSocket::executeUpdate ( int $id, string$op, array $fields, array $values [, int $limit, int $skip, array $filters, int $invalues_key, array $invalues ] )
参数：

$id HandlerSocket ID; 2 UPDATE 。
$op 操作符，有如下可选项, ‘=’, ‘>=’, ‘<=’, ‘>’, ‘<’, ‘+’。
$fields 查询中所用到的字段，数组，其长度必须等于或小于指定的列数。
$values UPDAET 时指定修改的值。
$limit 最多影响的行数。
$skip 在检索记录前忽略掉的行数。
$filters 过滤的选项。
$invalues_key ? (enabled : 0 / disabled : -1).
$invalues IN options

注意：
等同于：HandlerSocket::executeSingle($id, $op, $fields, $limit, $skip, ‘U‘, $values, $filters, $invalues_key, $invalues)。
返回值:
返回做对应操作时的执行结果。
HandlerSocket::executeDelete
To delete a record from a table using an index.

public mixed HandlerSocket::executeDelete ( int $id, string $op, array $fields [, int $limit, int $skip, array $filters, int $invalues_key, array $invalues ] )
参数：

$id HandlerSocket ID; 4 DELETE 。
$op 操作符，有如下可选项, ‘=’, ‘>=’, ‘<=’, ‘>’, ‘<’, ‘+’。
$fields 查询中所用到的字段，数组，其长度必须等于或小于指定的列数。
$limit 最多影响的行数。
$skip 在检索记录前忽略掉的行数。
$filters 过滤的选项。
$invalues_key ? (enabled : 0 / disabled : -1).
$invalues IN options

注意：
等同于：HandlerSocket::executeSingle($id, $op, $fields, $limit, $skip, ‘D‘, NULL, $filters, $invalues_key, $invalues)。
返回值:
返回做对应操作时的执行结果。
HandlerSocket::executeInsert
To insert a record from a table using an index.

public mixed HandlerSocket::executeInsert ( int $id, array $values )
参数：

$id HandlerSocket ID; 3 INSERT 。
$values HandlerSocket::openIndex 指定的字段参数所对应的值，但是以数组的形式体现。

注意：
等同于：HandlerSocket::executeSingle($id, ‘+‘, $values, 0, 0, NULL, NULL, NULL) ，第三个参数中指定的值必须和在此之前调用 HandlerSocket::openIndex 时第五个参数指定的字段对应。
返回值:
返回做对应操作时的执行结果。
HandlerSocket::getError
取得最近一次的错误信息。

public string HandlerSocket::getError ( void )
返回值:
返回最近的错误信息(时间上)。

Example

测试表 schema：


CREATE TABLE `hstesttbl` ( `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`k` char(6) DEFAULT NULL,
`v` char(6) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `idx_hstesttbl_k` (`k`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=7 DEFAULT CHARSET=utf8;




$host = ‘localhost‘;
$port = 9998;
$port_wr = 9999;
$dbname = ‘hstestdb‘;
$table = ‘hstesttbl‘;

//GET
$hs = new HandlerSocket($host, $port);
if (!($hs->openIndex(1, $dbname, $table, HandlerSocket::PRIMARY, ‘k,v‘))) {
echo $hs->getError(), PHP_EOL;
die();
}

$retval = $hs->executeSingle(1, ‘=‘, array(‘k1‘), 1, 0);
var_dump($retval);

$retval = $hs->executeMulti(
array(
array(1, ‘=‘, array(‘k1‘), 1, 0),
array(1, ‘=‘, array(‘k2‘), 1, 0)
)
);
var_dump($retval);
unset($hs);

//UPDATE
$hs = new HandlerSocket($host, $port_wr);
if (!($hs->openIndex(2, $dbname, $table, ‘‘, ‘v‘))) {
echo $hs->getError(), PHP_EOL;
die();
}

if ($hs->executeUpdate(2, ‘=‘, array(‘k1‘), array(‘V1‘), 1, 0) === false) {
echo $hs->getError(), PHP_EOL;
die();
}

unset($hs);

//INSERT
$hs = new HandlerSocket($host, $port_wr);
if (!($hs->openIndex(3, $dbname, $table, ‘‘, ‘k,v‘))) {
echo $hs->getError(), PHP_EOL;
die();
}

if ($hs->executeInsert(3, array(‘k2‘, ‘v2‘)) === false) {
echo $hs->getError(), PHP_EOL;
}
if ($hs->executeInsert(3, array(‘k3‘, ‘v3‘)) === false) {
echo ‘A‘, $hs->getError(), PHP_EOL;
}
if ($hs->executeInsert(3, array(‘k4‘, ‘v4‘)) === false) {
echo ‘B‘, $hs->getError(), PHP_EOL;
}

unset($hs);

//DELETE
$hs = new HandlerSocket($host, $port_wr);
if (!($hs->openIndex(4, $dbname, $table, ‘‘, ‘‘))) {
echo $hs->getError(), PHP_EOL;
die();
}

if ($hs->executeDelete(4, ‘=‘, array(‘k2‘)) === false) {
echo $hs->getError(), PHP_EOL;
die();
}

PS: 因为建立测试表时忘记指定存储引擎为 InnoDB, 测试 INSERT 操作时，怎样都是失败。后面为了验证问题的出处，用 perl 的 API 做同样的测试操作，结果也是失败。查看表结构后，修改储存引擎为 InnoDB，才成功。只是这个问题的错误信息太难理解，就几个数字，在没找到答案之前，害我还去查看了下 HandlerSocket 的源代码，当然，没有从中得到任何的提示。

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