网易MySQL中间件的负载均衡策略及性能优化

Posted 2021-04-10 DBAplus社群

团队介绍

网易乐得DBA组，负责网易乐得电商、网易邮箱、网易技术部数据库日常运维，负责数据库私有云平台的开发和维护，负责数据库及数据库中间件Cetus的开发和测试等等。

一、背景

随着业务的爆发式增长，电商系统中的读写压力越来越高，单节点mysql实例压力越来越大，单纯升级服务器硬件已经无法满足生产环境的需要。解决读请求压力，需要支持从库扩展；解决写请求压力，对数据分片增加多个节点，降低单节点MySQL实例的压力成了更优的选择。

传统的分片是通过DAO层进行的，但是DAO层对数据分片存在诸多问题。从业务角度看，配置修改需要重启服务，代价巨大；需要对分片结果集进行处理，业务逻辑愈加复杂；功能相对简单。从数据库运维角度看，配置管理的统一化难度较大；DB的升级、迁移等操作复杂。

网易电商同样面临着这些问题，为了彻底解决数据库瓶颈，网易乐得团队在实际生产中研发了自己的中间件Cetus。其具有正统基因，基于官方MySQL-Proxy的版本进行全面修复和再创新，已于不久前开源，在各个产品线上得到广泛应用，性能和稳定性均表现良好。

Cetus兼容MySQL协议，前端应用不用修改即可通过Cetus访问数据库，方便DBA运维同学和开发同学使用，实现了数据库层面的横向扩展。

目前Cetus有读写分离和Sharding两个版本，可通过编译参数选择适合的版本。它支持对用户透明的多项功能，例如分布式事务、连接池、结果集压缩、安全管理、状态监控、Tcp Stream传输等等。

二、负载均衡策略及性能优化

本文所讨论的负载均衡，指的是读流量的负载均衡，即读流量如何分配到后端同一MySQL集群内的各个DB。

Cetus的负载均衡策略，主要分为两部分：

• 主从库之间读流量的负载策略；

• 从库之间读流量的负载策略。

具体实现时候，流量的分配单位与Atlas等中间件也略有不同，进行了性能优化。下面章节将依次详细介绍。

1、主从库之间读流量的负载策略

默认情况下，非事务中、未通过注释强制路由主库或未使用锁的读流量会优先路由到从库，各个从库之间负载均衡。只有当从库都不可用时，读流量才会路由到主库。

有些业务场景下，主库可以分担部分读流量，这时就涉及到读流量在主库和从库上配置负载策略了。

Cetus中，可以通过配置参数read-master-percentage来指定默认的读流量路由到主库的百分比，该参数的取值范围是[0, 100]。

该值默认为0，即所有读流量会优先路由从库，所有从库均不可用时，才会路由主库；如果该参数设置为100时，则所有读流量都会路由到主库；如果该值设置为(0, 100)时，则会按照设置的比例进行路由。需要注意的是，该值表示的是主库和所有从库的比例。

2、从库之间的读流量负载策略

路由到从库的流量会在各个从库之间进行负载均衡。目前Cetus各个从库之间的读流量负载策略仅支持轮询（RR）方式。

在流量分配方面，Cetus也进行了优化。一些MySQL数据库中间件（例如Atlas）是基于SQL的维度做负载均衡的，不会考虑SQL是同一个连接还是不同连接发送来的，中间件依次将接收到的SQL按照策略发往后端的数据库。

在实际使用中发现，长连接的场景下，该策略会造成大量的连接切换，从而导致session级变量的频繁调整，影响SQL执行效率。因此，Cetus对其进行了优化，并非完全按照SQL的维度做负载均衡。

Cetus考虑了同一个连接连续发送SQL请求的情况，不会立即将当前SQL使用完的Cetus与MySQL的连接放回连接池复用，而是持有短暂（256毫秒）时间，以期后续仍有SQL执行，从而避免了session级变量的调整，大大增加了SQL执行的效率。

长连接场景下，对优化前后的Cetus进行了简单测试。通过测试发现，通过优化后的Cetus针对长连场景下的读流量的吞吐量有了明显提升。下图是在docker环境下的简单测试对比：

为了防止IO过高，简单改造了sysbench发送的SQL，限制了返回的结果集大小。禁用事务和prepare的情况下，采用100个线程每次测试60s，连续测试5次，结果如下：

由于本机Docker性能较差，且sysbench模拟测试的语句较为简单，不涉及session变量的切换，因此对比效果不甚明显，本次测试性能仅提升30%左右。长连接业务场景下，性能优化可能会更加明显。

3、读流量的路由策略总结

在存在至少1个可用从库的情况下，影响查询语句的路由策略的因素主要有：

1. 事务中的查询；

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

3. Cetus设置参数master-preferred=true所有流量默认全部路由主库；

4. Cetus设置参数read-master-percentage控制主从读流量负载；

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

默认情况下，读流量会优先路由到从库，从库之间按照轮询策略在各个从库之间做负载均衡；一旦所有从库均不可用，会路由到主库上。目前Cetus的各个从库暂不支持按照权重做负载。

• 对于a、b、c点，Cetus会将查询语句直接路由主库；

• 对于d点，如果设置read-master-percentage=100，所有的查询流量均路由到主库；如果设置read-master-percentage=[0, 100)，Cetus会将读流量按照该比例路由到主库和从库（注意，这里的从库指的是全部的从库，即该比例指的是主库和全部从库的比例）；

• 对于e点，如果使用注释/*#mode=READWRITE*/，读流量会路由到主库；如果使用注释/*#mode=READONLY*/读流量会路由从库，如果所有从库均不可用时才会路由到主库。

上面的各个因素的优先级，注释的优先级最高，其次是参数master-preferred，最后是参数read-master-percentage。

三、总结

MySQL数据库中间件的主要特性是对客户端发送的SQL进行路由，而其中负载均衡便是路由策略中的重要部分。通过了解Cetus的负载均衡机制，可以在后续维护过程中，更好的对数据库中间件进行调优，更灵活地控制SQL的路由。

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