Mysql 调优和水平扩展思路

系统调优参数

一些比较重要的参数：

back_log：back_log值指出在MySQL暂时停止回答新请求之前的短时间内多少个请求可以被存在堆栈中。如果MySql的连接数据达到max_connections时，新来的请求将会被存在堆栈中，以等待某一连接释放资源，该堆栈的数量即back_log，如果等待连接的数量超过back_log，将不被授予连接资源。可以从默认的50升至500
wait_timeout：数据库连接闲置时间，闲置连接会占用内存资源。可以从默认的8小时减到半小时
max_user_connection: 最大连接数，默认为0无上限，最好设一个合理上限
thread_concurrency：并发线程数，设为CPU核数的两倍
skip_name_resolve：禁止对外部连接进行DNS解析，消除DNS解析时间，但需要所有远程主机用IP访问
key_buffer_size：索引块的缓存大小，增加会提升索引处理速度，对MyISAM表性能影响最大。对于内存4G左右，可设为256M或384M，通过查询show status like 'key_read%'，保证key_reads / key_read_requests在0.1%以下最好
innodb_buffer_pool_size：缓存数据块和索引块，对InnoDB表性能影响最大。通过查询show status like 'Innodb_buffer_pool_read%'，保证 (Innodb_buffer_pool_read_requests – Innodb_buffer_pool_reads) / Innodb_buffer_pool_read_requests越高越好
innodb_additional_mem_pool_size：InnoDB存储引擎用来存放数据字典信息以及一些内部数据结构的内存空间大小，当数据库对象非常多的时候，适当调整该参数的大小以确保所有数据都能存放在内存中提高访问效率，当过小的时候，MySQL会记录Warning信息到数据库的错误日志中，这时就需要该调整这个参数大小
innodb_log_buffer_size：InnoDB存储引擎的事务日志所使用的缓冲区，一般来说不建议超过32MB
query_cache_size：缓存MySQL中的ResultSet，也就是一条SQL语句执行的结果集，所以仅仅只能针对select语句。当某个表的数据有任何任何变化，都会导致所有引用了该表的select语句在Query Cache中的缓存数据失效。所以，当我们的数据变化非常频繁的情况下，使用Query Cache会得不偿失。根据命中率(Qcache_hits/(Qcache_hits+Qcache_inserts)*100))进行调整，不建议太大，256MB可能已经差不多了，大型的配置型静态数据可适当调大.可以通过命令show status like 'Qcache_%'查看目前系统Query catch使用大小
read_buffer_size：MySql读入缓冲区大小。对表进行顺序扫描的请求将分配一个读入缓冲区，MySql会为它分配一段内存缓冲区。如果对表的顺序扫描请求非常频繁，可以通过增加该变量值以及内存缓冲区大小提高其性能
sort_buffer_size：MySql执行排序使用的缓冲大小。如果想要增加ORDER BY的速度，首先看是否可以让MySQL使用索引而不是额外的排序阶段。如果不能，可以尝试增加sort_buffer_size变量的大小
read_rnd_buffer_size：MySql的随机读缓冲区大小。当按任意顺序读取行时(例如，按照排序顺序)，将分配一个随机读缓存区。进行排序查询时，MySql会首先扫描一遍该缓冲，以避免磁盘搜索，提高查询速度，如果需要排序大量数据，可适当调高该值。但MySql会为每个客户连接发放该缓冲空间，所以应尽量适当设置该值，以避免内存开销过大。
record_buffer：每个进行一个顺序扫描的线程为其扫描的每张表分配这个大小的一个缓冲区。如果你做很多顺序扫描，可能想要增加该值
thread_cache_size：保存当前没有与连接关联但是准备为后面新的连接服务的线程，可以快速响应连接的线程请求而无需创建新的
table_cache：类似于thread_cache_size，但用来缓存表文件，对InnoDB效果不大，主要用于MyISAM

表分区

MySQL在5.1版引入的分区是一种简单的水平拆分，用户需要在建表的时候加上分区参数，对应用是透明的无需修改代码

用户的SQL语句需要针对分区表做优化，SQL条件中要带上分区条件的列，从而使查询定位到少量的分区上，否则就会扫描全部分区，

可以通过EXPLAIN PARTITIONS来查看某条SQL语句会落在那些分区上，从而进行SQL优化，如5条记录落在两个分区上：

mysql> explain partitions select count(1) from user_partition where id in (1,2,3,4,5);

+----+-------------+----------------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+--------------------------+

| id | select_type | table          | partitions | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | Extra                    |

+----+-------------+----------------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+--------------------------+

|  1 | SIMPLE      | user_partition | p1,p4      | range | PRIMARY       | PRIMARY | 8       | NULL |    5 | Using where; Using index |

+----+-------------+----------------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+--------------------------+

1 row in set (0.00 sec)

分区的好处是：

可以让单表存储更多的数据
分区表的数据更容易维护，可以通过清楚整个分区批量删除大量数据，也可以增加新的分区来支持新插入的数据。另外，还可以对一个独立分区进行优化、检查、修复等操作
部分查询能够从查询条件确定只落在少数分区上，速度会很快
分区表的数据还可以分布在不同的物理设备上，从而搞笑利用多个硬件设备
可以使用分区表赖避免某些特殊瓶颈，例如InnoDB单个索引的互斥访问、ext3文件系统的inode锁竞争
可以备份和恢复单个分区

分区的限制和缺点：

一个表最多只能有1024个分区
如果分区字段中有主键或者唯一索引的列，那么所有主键列和唯一索引列都必须包含进来
分区表无法使用外键约束
NULL值会使分区过滤无效
所有分区必须使用相同的存储引擎

分区的类型：

RANGE分区：基于属于一个给定连续区间的列值，把多行分配给分区
LIST分区：类似于按RANGE分区，区别在于LIST分区是基于列值匹配一个离散值集合中的某个值来进行选择
HASH分区：基于用户定义的表达式的返回值来进行选择的分区，该表达式使用将要插入到表中的这些行的列值进行计算。这个函数可以包含MySQL中有效的、产生非负整数值的任何表达式
KEY分区：类似于按HASH分区，区别在于KEY分区只支持计算一列或多列，且MySQL服务器提供其自身的哈希函数。必须有一列或多列包含整数值

分库分表

垂直拆分

垂直分库是根据数据库里面的数据表的相关性进行拆分，比如：一个数据库里面既存在用户数据，又存在订单数据，那么垂直拆分可以把用户数据放到用户库、把订单数据放到订单库。垂直分表是对数据表进行垂直拆分的一种方式，常见的是把一个多字段的大表按常用字段和非常用字段进行拆分，每个表里面的数据记录数一般情况下是相同的，只是字段不一样，使用主键关联。

垂直拆分的优点是：

可以使得行数据变小，一个数据块(Block)就能存放更多的数据，在查询时就会减少I/O次数(每次查询时读取的Block 就少)
可以达到最大化利用Cache的目的，具体在垂直拆分的时候可以将不常变的字段放一起，将经常改变的放一起
数据维护简单

缺点是：

主键出现冗余，需要管理冗余列
会引起表连接JOIN操作（增加CPU开销）可以通过在业务服务器上进行join来减少数据库压力
依然存在单表数据量过大的问题（需要水平拆分）
事务处理复杂

水平拆分

水平拆分是通过某种策略将数据分片来存储，分（库内分表和分库）两部分，每片数据会分散到不同的MySQL表或库，达到分布式的效果，能够支持非常大的数据量。前面的表分区本质上也是一种特殊的库内分表

库内分表，仅仅是单纯的解决了单一表数据过大的问题，由于没有把表的数据分布到不同的机器上，因此对于减轻MySQL服务器的压力来说，并没有太大的作用，大家还是竞争同一个物理机上的IO、CPU、网络，这个就要通过分库来解决。

水平拆分的优点是:

不存在单库大数据和高并发的性能瓶颈
应用端改造较少
提高了系统的稳定性和负载能力

缺点是：

分片事务一致性难以解决
跨节点Join性能差，逻辑复杂
数据多次扩展难度跟维护量极大

解决方案（客户端架构和代理架构）

客户端架构

通过修改数据访问层，如JDBC、Data Source、MyBatis，通过配置来管理多个数据源，直连数据库，并在模块内完成数据的分片整合，一般以Jar包的方式呈现。

客户端架构的优点是：

应用直连数据库，降低外围系统依赖所带来的宕机风险
集成成本低，无需额外运维的组件

缺点是：

限于只能在数据库访问层上做文章，扩展性一般，对于比较复杂的系统可能会力不从心
将分片逻辑的压力放在应用服务器上，造成额外风险

代理架构

通过独立的中间件来统一管理所有数据源和数据分片整合，后端数据库集群对前端应用程序透明，需要独立部署和运维代理组件。

代理组件为了分流和防止单点，一般以集群形式存在，同时可能需要Zookeeper之类的服务组件来管理

代理架构的优点是：

能够处理非常复杂的需求，不受数据库访问层原来实现的限制，扩展性强
对于应用服务器透明且没有增加任何额外负载

缺点是：

需部署和运维独立的代理中间件，成本高
应用需经过代理来连接数据库，网络上多了一跳，性能有损失且有额外风险

各方案比较

如此多的方案，如何进行选择？可以按以下思路来考虑：

确定是使用代理架构还是客户端架构。中小型规模或是比较简单的场景倾向于选择客户端架构，复杂场景或大规模系统倾向选择代理架构
具体功能是否满足，比如需要跨节点ORDER BY，那么支持该功能的优先考虑
不考虑一年内没有更新的产品，说明开发停滞，甚至无人维护和技术支持
最好按大公司->社区->小公司->个人这样的出品方顺序来选择
选择口碑较好的，比如github星数、使用者数量质量和使用者反馈
开源的优先，往往项目有特殊需求可能需要改动源代码

按照上述思路，推荐以下选择：

客户端架构：ShardingJDBC
代理架构：MyCat或者Atlas

NoSQL&云服务

如果想将原始的MySQL迁移到可水平扩展的新数据库中，可以考虑一些云数据库：

阿里云PetaData
阿里云OceanBase
腾讯云DCDB

事实上很多大表本身对MySQL这种RDBMS的需求并不大，并不要求ACID。

以下场景可以考虑将这些表迁移到NoSQL，彻底解决水平扩展问题，例如：

日志类、监控类、统计类数据
非结构化或弱结构化数据
对事务要求不强，且无太多关联操作的数据