團隊介紹

網易樂得DBA組，負責網易樂得電商、網易郵箱、網易技術部數據庫日常運維，負責數據庫私有云平臺的開發和維護，負責數據庫及數據庫中間件Cetus的開發和測試等等。

一、背景

隨著業務的爆發式增長，電商系統中的讀寫壓力越來越高，單節點MySQL實例壓力越來越大，單純升級服務器硬件已經無法滿足生產環境的需要。解決讀請求壓力，需要支持從庫擴展；解決寫請求壓力，對數據分片增加多個節點，降低單節點MySQL實例的壓力成了更優的選擇。

傳統的分片是通過DAO層進行的，但是DAO層對數據分片存在諸多問題。從業務角度看，配置修改需要重啟服務，代價巨大；需要對分片結果集進行處理，業務邏輯愈加復雜；功能相對簡單。從數據庫運維角度看，配置管理的統一化難度較大；DB的升級、遷移等操作復雜。

網易電商同樣面臨著這些問題，為了徹底解決數據庫瓶頸，網易樂得團隊在實際生產中研發了自己的中間件Cetus。其具有正統基因，基于官方MySQL-Proxy的版本進行全面修復和再創新，已于不久前開源，在各個產品線上得到廣泛應用，性能和穩定性均表現良好。

Cetus兼容MySQL協議，前端應用不用修改即可通過Cetus訪問數據庫，方便DBA運維同學和開發同學使用，實現了數據庫層面的橫向擴展。

目前Cetus有讀寫分離和Sharding兩個版本，可通過編譯參數選擇適合的版本。它支持對用戶透明的多項功能，例如分布式事務、連接池、結果集壓縮、安全管理、狀態監控、Tcp Stream傳輸等等。

二、負載均衡策略及性能優化

本文所討論的負載均衡，指的是讀流量的負載均衡，即讀流量如何分配到后端同一MySQL集群內的各個DB。

Cetus的負載均衡策略，主要分為兩部分：

• 主從庫之間讀流量的負載策略；

• 從庫之間讀流量的負載策略。

具體實現時候，流量的分配單位與Atlas等中間件也略有不同，進行了性能優化。下面章節將依次詳細介紹。

1、主從庫之間讀流量的負載策略

默認情況下，非事務中、未通過注釋強制路由主庫或未使用鎖的讀流量會優先路由到從庫，各個從庫之間負載均衡。只有當從庫都不可用時，讀流量才會路由到主庫。

有些業務場景下，主庫可以分擔部分讀流量，這時就涉及到讀流量在主庫和從庫上配置負載策略了。

Cetus中，可以通過配置參數read-master-percentage來指定默認的讀流量路由到主庫的百分比，該參數的取值范圍是[0, 100]。

該值默認為0，即所有讀流量會優先路由從庫，所有從庫均不可用時，才會路由主庫；如果該參數設置為100時，則所有讀流量都會路由到主庫；如果該值設置為(0, 100)時，則會按照設置的比例進行路由。需要注意的是，該值表示的是主庫和所有從庫的比例。

2、從庫之間的讀流量負載策略

路由到從庫的流量會在各個從庫之間進行負載均衡。目前Cetus各個從庫之間的讀流量負載策略僅支持輪詢（RR）方式。

在流量分配方面，Cetus也進行了優化。一些MySQL數據庫中間件（例如Atlas）是基于SQL的維度做負載均衡的，不會考慮SQL是同一個連接還是不同連接發送來的，中間件依次將接收到的SQL按照策略發往后端的數據庫。

在實際使用中發現，長連接的場景下，該策略會造成大量的連接切換，從而導致session級變量的頻繁調整，影響SQL執行效率。因此，Cetus對其進行了優化，并非完全按照SQL的維度做負載均衡。

Cetus考慮了同一個連接連續發送SQL請求的情況，不會立即將當前SQL使用完的Cetus與MySQL的連接放回連接池復用，而是持有短暫（256毫秒）時間，以期后續仍有SQL執行，從而避免了session級變量的調整，大大增加了SQL執行的效率。

長連接場景下，對優化前后的Cetus進行了簡單測試。通過測試發現，通過優化后的Cetus針對長連場景下的讀流量的吞吐量有了明顯提升。下圖是在docker環境下的簡單測試對比：

為了防止IO過高，簡單改造了sysbench發送的SQL，限制了返回的結果集大小。禁用事務和prepare的情況下，采用100個線程每次測試60s，連續測試5次，結果如下：

由于本機Docker性能較差，且sysbench模擬測試的語句較為簡單，不涉及session變量的切換，因此對比效果不甚明顯，本次測試性能僅提升30%左右。長連接業務場景下，性能優化可能會更加明顯。

3、讀流量的路由策略總結

在存在至少1個可用從庫的情況下，影響查詢語句的路由策略的因素主要有：

1. 事務中的查詢；

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

3. Cetus設置參數master-preferred=true所有流量默認全部路由主庫；

4. Cetus設置參數read-master-percentage控制主從讀流量負載；

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

默認情況下，讀流量會優先路由到從庫，從庫之間按照輪詢策略在各個從庫之間做負載均衡；一旦所有從庫均不可用，會路由到主庫上。目前Cetus的各個從庫暫不支持按照權重做負載。

• 對于a、b、c點，Cetus會將查詢語句直接路由主庫；

• 對于d點，如果設置read-master-percentage=100，所有的查詢流量均路由到主庫；如果設置read-master-percentage=[0, 100)，Cetus會將讀流量按照該比例路由到主庫和從庫（注意，這里的從庫指的是全部的從庫，即該比例指的是主庫和全部從庫的比例）；

• 對于e點，如果使用注釋/*#mode=READWRITE*/，讀流量會路由到主庫；如果使用注釋/*#mode=READONLY*/讀流量會路由從庫，如果所有從庫均不可用時才會路由到主庫。

上面的各個因素的優先級，注釋的優先級***，其次是參數master-preferred，***是參數read-master-percentage。

三、總結

MySQL數據庫中間件的主要特性是對客戶端發送的SQL進行路由，而其中負載均衡便是路由策略中的重要部分。通過了解Cetus的負載均衡機制，可以在后續維護過程中，更好的對數據庫中間件進行調優，更靈活地控制SQL的路由。

Cetus中間件開源地址：https://github.com/Lede-Inc/cetus/blob/master/doc/cetus-quick-try.md