Mycat简介及适用场景

官网：http://www.mycat.io/

一、Mycat是什么

Mycat是一个开源的分布式数据库系统，是一个实现了 MySQL 协议的的 Server，前端用户可以把它看作是一个数据库代理，用 MySQL 客户端工具和命令行访问，而其后端可以用MySQL 原生（Native）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，其核心功能是分表分库，即将一个大表水平分割为 N 个小表，存储在后端 MySQL 服务器里或者其他数据库里。

Mycat 是一个近似等于 MySQL 的数据库服务器，但它本身并不存储数据，数据是在后端的 MySQL 上存储的，数据可靠性以及事务等都是 MySQL 保证的。你可以用连接 MySQL 的方式去连接 Mycat（除了端口不同，默认的 Mycat 端口是 8066 而非 MySQL 的 3306，因此需要在连接字符串上增加端口信息），大多数情况下，可以用你熟悉的对象映射框架使用 Mycat，但建议对于分片表，尽量使用基础的 SQL 语句，因为这样能达到最佳性能，特别是几千万甚至几百亿条记录的情况下。

二、Mycat的原理

Mycat 的原理并不复杂，复杂的是代码。Mycat 的原理中最重要的一个动词是“拦截”，它拦截了用户发送过来的 SQL 语句，首先对 SQL 语句做了一些特定的分析：如分片分析、路由分析、读写分离分析、缓存分析等，然后将此 SQL 发往后端的真实数据库，并将返回的结果做适当的处理，最终再返回给用户。

当 Mycat 收到一个 SQL 时，会先解析这个 SQL，查找涉及到的表，然后看此表的定义，如果有分片规则，则获取到 SQL 里分片字段的值，并匹配分片函数，得到该 SQL 对应的分片列表，然后将 SQL 发往这些分片去执行，最后收集和处理所有分片返回的结果数据，并输出到客户端。

三、Mycat应用场景

单纯的读写分离，此时配置最为简单，支持读写分离，主从切换；
分表分库，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，从而不改造程序本身，实现多租户化；
报表系统，借助于 Mycat 的分表能力，处理大规模报表的统计；
替代 Hbase，分析大数据；
作为海量数据实时查询的一种简单有效方案，比如 100 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。

四、Mycat不适用场景

1. 非分片字段查询

Mycat中的路由结果是通过分片字段和分片方法来确定的。

如果查询条件中有分片字段，查询会通过计算路由落到某个具体的分片，并将请求路由到指定的数据库上执行。

如果查询条件中没有分片字段条件，此时Mycat无法计算路由，便发送到所有节点上执行。如果DB节点很多，这会极大消耗Mycat和MySQL数据库资源。

2. 分页排序

先看一下Mycat是如何处理分页操作的，假如有如下Mycat分库方案：

一张表有30份数据分布在3个分片DB上，具体数据分布如下：

DB1：[0,1,2,3,4,10,11,12,13,14]

DB2：[5,6,7,8,9,16,17,18,19]

DB3：[20,21,22,23,24,25,26,27,28,29]

这个示例的场景中没有查询条件，所以都是全分片查询，也就没有假定该表的分片字段和分片方法。

当应用执行如下分页查询时：

select * fromtable limit 2;

Mycat将该SQL请求分发到各个DB节点去执行，并接收各个DB节点的返回结果：

DB1: [0,1]

DB2: [5,6]

DB3: [20,21]

但Mycat向应用返回的结果集取决于哪个DB节点最先返回结果给Mycat。如果Mycat最先收到DB1节点的结果集，那么Mycat返回给应用端的结果集为 [0,1]，如果Mycat最先收到DB2节点的结果集，那么返回给应用端的结果集为 [5,6]。也就是说，相同情况下，同一个SQL，在Mycat上执行时会有不同的返回结果。

在Mycat中执行分页操作时必须显示加上排序条件才能保证结果的正确性，下面看一下Mycat对排序分页的处理逻辑。
假如在前面的分页查询中加上了排序条件（假如表数据的列名为id）：

select * fromtable orderby id limit 2;

在有排序呢条件的情况下，Mycat接收到各个DB节点的返回结果后，对其进行最小堆运算，计算出所有结果集中最小的两条记录 [0,1] 返回给应用。

但是，当排序分页中有偏移量（offset）时，处理逻辑又有不同。假如应用的查询SQL如下：

select * fromtable order by id limit 5,2;

如果按照上述排序分页逻辑来处理，那么处理结果如下图：

Mycat将各个DB节点返回的数据 [10,11],[16,17], [20,21] 经过最小堆计算后返回给应用的结果集是 [10,11]。可是，对于应用而言，该表的所有数据明明是 0-29 这30个数据的集合，limit 5,2 操作返回的结果集应该是 [5,6]，如果返回 [10,11] 则是错误的处理逻辑。

所以Mycat在处理有偏移量的排序分页时是另外一套逻辑——改写SQL 。

Mycat在下发有 limit m,n 的SQL语句时会对其进行改写，改写成 limit 0, m+n 来保证查询结果的逻辑正确性。所以，Mycat发送到后端DB上的SQL语句是：

select * fromtable order by id limit 0,7;

各个DB返回给Mycat的结果集是：

DB1: [0,1,2,3,4,10,11]

DB2: [5,6,7,8,9,16,17]

DB3: [20,21,22,23,24,25,26]

经过最小堆计算后得到最小序列 [0,1,2,3,4,5,6] ，然后返回偏移量为5的两个结果为 [5,6] 。

虽然Mycat返回了正确的结果，但是仔细推敲发现这类操作的处理逻辑是及其消耗（浪费）资源的。应用需要的结果集为2条，Mycat中需要处理的结果数为21条。也就是说，对于有 t 个DB节点的全分片 limit m, n 操作，Mycat需要处理的数据量为 (m+n)*t 个。比如实际应用中有50个DB节点，要执行limit 1000,10操作，则Mycat处理的数据量为 50500 条，返回结果集为10，当偏移量更大时，内存和CPU资源的消耗则是数十倍增加。

3. 任意表的join

先看一下在单库中JOIN中的场景。假设在某单库中有 player 和 team 两张表，player 表中的 team_id 字段与 team 表中的id 字段相关联。

JOIN操作的SQL如下：

selectp_name,t_name from player p, team t where p.no = 3 and p.team_id = t.id;

此时能查询出结果。

如果将这两个表的数据分库后，相关联的数据可能分布在不同的DB节点上：

这个SQL在各个单独的分片DB中都查不出结果，也就是说Mycat不能查询出正确的结果集。

4. 分布式事务

Mycat并没有根据二阶段提交协议实现 XA事务，而是只保证 prepare 阶段数据一致性的弱XA事务，实现过程如下：

应用开启事务后Mycat标识该连接为非自动提交，比如前端执行：

mysql>begin;

Mycat不会立即把命令发送到DB节点上，等后续下发SQL时，Mycat从连接池获取非自动提交的连接去执行。

Mycat会等待各个节点的返回结果，如果都执行成功，Mycat给该连接标识为 Prepare Ready 状态，如果有一个节点执行失败，则标识为 Rollback 状态。

执行完成后Mycat等待前端发送 commit 或 rollback 命令。发送 commit 命令时，Mycat检测当前连接是否为 Prepare Ready 状态，若是，则将 commit 命令发送到各个DB节点。

但是，这一阶段是无法保证一致性的，如果一个DB节点在 commit 时故障，而其他DB节点 commit 成功，Mycat会一直等待故障DB节点返回结果。Mycat只有收到所有DB节点的成功执行结果才会向前端返回执行成功的包，此时Mycat只能一直 waiting 直至TIMEOUT，导致事务一致性被破坏。

本系列是基于1.6-RELEASE （2.0尚在开发）

参考：https://blog.csdn.net/gaobudong1234/article/details/79581846