分布式数据库中间件 MyCat | 分库分表实践

2022-07-16 21:27:53

MyCat 简介

MyCat 是一个功能强大的分布式数据库中间件，是一个实现了 MySQL 协议的 Server，前端人员可以把它看做是一个数据库代理中间件，用 MySQL 客户端工具和命令行访问；而后端人员可以用 MySQL 原生协议与多个 MySQL 服务器通信，也可以用 JDBC 协议与大多数主流数据库服务器通信。可以用作 读写分离、分库分表（分片）、容灾备份、多租户应用开发、大数据基础设施，使底层数据架构具备很强的适应性和灵活性。

MyCat 的智能优化模块可以使系统的数据访问瓶颈和热点一目了然，并且可以将这些统计分析数据自动或手工调整后端存储，将不同的表映射到不同存储引擎上，而整个应用的代码可以一行也不用变。

具体应用场景

读写分离：支持读写分离，主从切换，此配置最简单；
分库分表：对于超过 1000 万的表进行分片，最大支持 1000 亿的单表分片；
多租户应用：每个应用一个库，但应用程序只连接 MyCat，使程序不用改造本身，实现多租户化；
替代 Hbase：用于分析大数据；
报表系统：借助 MyCat 的分表能力，处理大规模报表的统计；
海量数据查询：比如 10 亿条频繁查询的记录需要在 3 秒内查询出来结果，除了基于主键的查询，还可能存在范围查询或其他属性查询，此时 MyCat 可能是最简单有效的选择。

本文主要实践核心功能 分库分表。

分库分表原理剖析

指通过某种特定的条件，将存放在同一个数据库中的数据分散存放到多个数据库上面，以达到分散单台设备负载的效果。

根据切分规则的类型可以分为以下两种切分模式。

垂直切分：最大特点是规则简单，适合各业务之间的的耦合度非常低、相互影响小、业务逻辑非常清晰的系统。在这种系统中，可以很容易 将不同业务模块所使用的的表切到不同的数据库中。
水平切分：相对来说复杂一些，因为要 将同一个表中的不同数据切分到不同的数据库中，后期的数据维护也更为复杂一些。

垂直切分

一个数据库由很多表构成，每个表对应着不同的业务，垂直切分就是按照业务将表进行分类，从而分布到不同的数据库上面，这样也就将压力分担到不同的数据库上，如图。

一个架构设计好的系统其总体功能通常是由多个功能模块所组成的，而每一个功能模块的数据对应到数据库中就是一个或多个表。而在架构设计中，各个功能模块相互之间的交互点越少和越统一，系统的耦合度就越低，系统各个模块的维护性以及扩展性也就越好，这样的系统也就越容易实现垂直切分。

但是往往系统中有些表难以做到完全的独立，存在跨库 join 的情况，对于这类分库，可以共用一个数据源，业务之间通过接口来调用。

优点：规则明确、业务清晰、更易于整合和扩展、维护简单。

缺点：部分业务表无法 join，需要通过业务接口方式解决，提高系统复杂度；各业务存在单库性能瓶颈，不易于数据扩展和性能提高；事务处理复杂问题。

由于垂直切分是将表按照业务分类切分到不同的单库中，所有导致某些业务表过于庞大，存在单库读写与存储瓶颈，则需要水平切分来解决。

水平切分

水平切分不是将表按照业务分类，而是按照某个字段的某种规则分散到多个库中，每个表中包含一部分数据，如图。

拆分数据需要定义分片规则，拆分的第一原则是找到 拆分维度。比如：从会员的角度来分析，需要查询会员某天某月某个订单，那么就需要按照日期来拆分，不同的数据按照会员 ID 做分组。

优点：拆分规则抽象好；不存在单库数据瓶颈问题；提高系统稳定性和负载能力。

缺点：事务一致性难以解决；数据扩展和维护的难度极大；跨库 join 性能差。

附：多数据源管理方案

第一种：客户端模式，在每个应用程序中配置管理自己需要的一个或多个数据源，直接访问各个数据库。
第二种：通过中间代理层来统一管理所有的数据源。

搭建环境

均采用 Docker Compose 搭建服务

部署 3 台 MySQL 容器

分别创建 3 份 docker-compose.yml 文件

mysql-01

version: ‘3.1‘
services:
mysql-1:
  image: mysql
  container_name: mysql-01
  environment:
    MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123456
  command:
    --default-authentication-plugin=mysql_native_password
    --character-set-server=utf8mb4
    --collation-server=utf8mb4_general_ci
    --explicit_defaults_for_timestamp=true
    --lower_case_table_names=1
  ports:
    - 3306:3306
  volumes:
    - ./data:/var/lib/mysql

mysql-02

version: ‘3.1‘
services:
mysql-2:
  image: mysql
  container_name: mysql-02
  environment:
    MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123456
  command:
    --default-authentication-plugin=mysql_native_password
    --character-set-server=utf8mb4
    --collation-server=utf8mb4_general_ci
    --explicit_defaults_for_timestamp=true
    --lower_case_table_names=1
  ports:
    - 3307:3306
  volumes:
    - ./data:/var/lib/mysql

mysql-03

version: ‘3.1‘
services:
mysql-3:
  image: mysql
  container_name: mysql-03
  environment:
    MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123456
  command:
    --default-authentication-plugin=mysql_native_password
    --character-set-server=utf8mb4
    --collation-server=utf8mb4_general_ci
    --explicit_defaults_for_timestamp=true
    --lower_case_table_names=1
  ports:
    - 3308:3306
  volumes:
    - ./data:/var/lib/mysql

分别启动 3 台容器

$ docker-compose up -d

部署 MyCat 容器

克隆项目

$ git clone https://github.com/antoniopeng/docker.mycat.git

构建镜像

$ cd docker.mycat
$ docker-compose build

启动容器
```
$ docker-compose up -d
```

配置数据库分片

此处以 水平切分 为例

配置用户名和密码

$ vi config/mycat/server.xml

找到第 90 行，参考配置如下：

<mycat:server xmlns:mycat="http://io.mycat/">

    <user name="root">

        <property name="password">123456</property>

        <property name="schemas">hellomycat</property>

        <property name="usingDecrypt">0</property>
    </user>
</mycat:server>

配置数据库节点

$ vi config/mycat/schema.xml

参考配置如下：

<?xml version="1.0"?>
<!DOCTYPE mycat:schema SYSTEM "schema.dtd">
<mycat:schema xmlns:mycat="http://io.mycat/">

        <schema name="hellomycat" checkSQLschema="true" sqlMaxLimit="100">

                <table />
        </schema>

        <dataNode name="dataNode1" dataHost="dataHost1" database="hellomycat_1" />
        <dataNode name="dataNode2" dataHost="dataHost2" database="hellomycat_2" />
        <dataNode name="dataNode3" dataHost="dataHost3" database="hellomycat_3" />

        <dataHost name="dataHost1" maxCon="1000" minCon="10" balance="0"
                          writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="jdbc" switchType="-1" slaveThreshold="100">
                <heartbeat>select user()</heartbeat>

                <writeHost
                                host="192.168.127.130"
                                url="jdbc:mysql://192.168.127.130:3306?useSSL=false&amp;serverTimezone=UTC&amp;characterEncoding=utf8"
                                user="root" password="123456">

                </writeHost>
        </dataHost>
        <dataHost name="dataHost2" maxCon="1000" minCon="10" balance="0"
                          writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="jdbc" switchType="-1" slaveThreshold="100">
                <heartbeat>select user()</heartbeat>
                <writeHost
                                host="192.168.127.130"
                                url="jdbc:mysql://192.168.127.130:3307?useSSL=false&amp;serverTimezone=UTC&amp;characterEncoding=utf8"
                                user="root" password="123456">

                </writeHost>
        </dataHost>
        <dataHost name="dataHost3" maxCon="1000" minCon="10" balance="0"
                          writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="jdbc" switchType="-1" slaveThreshold="100">
                <heartbeat>select user()</heartbeat>
                <writeHost
                                host="192.168.127.130"
                                url="jdbc:mysql://192.168.127.130:3308?useSSL=false&amp;serverTimezone=UTC&amp;characterEncoding=utf8"
                                user="root" password="123456">

                </writeHost>
        </dataHost>

</mycat:schema>

分片规则配置如下

$ vi config/mycat/rule.xml

第 32 行配置

<tableRule name="auto-sharding-long">
    <rule>

        <columns>id</columns>

        <algorithm>rang-long</algorithm>
    </rule>
</tableRule>

第 105 行配置

<function name="rang-long" class="io.mycat.route.function.AutoPartitionByLong">

    <property name="mapFile">autopartition-long.txt</property>
</function>

自定义数字范围分片规则

$ vi config/mycat/autopartition-long.txt

配置如下：

# range start-end ,data node index
# K=1000,M=10000.
# ID 0-5000000 保存在 dataNode1
0-500M=0
# ID 5000000-10000000 保存在 dataNode2
500M-1000M=1
# ID 10000000-15000000 保存在 dataNode3
1000M-1500M=2

验证是否成功

使用 MySQL 客户端工具连接 MyCat，默认端口号为 8066。

分别在 3 个数据库中创建表，只需要 ID 一个字段即可：
```
create table sys_user (id int not null primary key);
```

新增数据：

insert into sys_user(id) values(2000000);
insert into sys_user(id) values(7000000);
insert into sys_user(id) values(1200000);

新增后如果 3 个数据库的表中都出现了一条数据，则说明分片成功。

文章作者：彭超

本文首发于个人博客：https://antoniopeng.com/2020/08/20/%E5%88%86%E5%B8%83%E5%BC%8F/%E5%88%86%E5%B8%83%E5%BC%8F%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%BA%93%E4%B8%AD%E9%97%B4%E4%BB%B6%20MyCat%20-%20%E5%88%86%E5%BA%93%E5%88%86%E8%A1%A8%E5%AE%9E%E8%B7%B5/

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