MySQL高级讲座篇之：排查CPU高占用：从查询、连接到系统配置的综合诊断。

各位老铁，大家好！今天咱们聊聊MySQL服务器CPU飙升的问题，这玩意儿就像咱电脑突然风扇狂转，嗡嗡嗡的，让人心烦。别慌，今天咱们就来一步一步抽丝剥茧，找到那个让CPU "躁动不安" 的罪魁祸首。

咱们这次的讲座，主要分成以下几个部分：

1. “现场勘查”：初步诊断，确定问题范围
2. “嫌疑人”锁定：慢查询分析，揪出性能瓶颈
3. “连环作案”：连接数过多，服务器不堪重负
4. “环境因素”：系统配置，硬件瓶颈与资源限制
5. “终极审判”：优化方案，提升性能的“葵花宝典”

一、 “现场勘查”：初步诊断，确定问题范围

当你发现CPU占用率飙高的时候，第一件事儿不是盲目重启，而是要冷静下来，搞清楚问题到底出在哪里。 就像医生看病，先得问问症状，量量体温。

1. 确认问题是否持续

   CPU高占用是偶发性的尖峰，还是持续性的高压？ 如果是偶发性的，可能是一些计划任务或者临时性的高负载操作导致的。 如果是持续性的，那就要引起重视了，肯定是有“大麻烦”了。

2. 确定问题发生的时间段

   问题是发生在特定时间段吗？ 比如，每天的某个时间点CPU占用率就会飙高。 如果是这样，很有可能是一些定时任务在这个时间段执行，导致CPU负载增加。

3. 查看MySQL服务器状态

   使用 SHOW GLOBAL STATUS 命令，可以查看MySQL服务器的各种状态变量，比如连接数、查询次数、线程数等等。 通过观察这些状态变量，可以初步判断问题可能出在哪里。

   例如：

   SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Threads_connected';
   SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Threads_running';
   SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Queries';
   SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Slow_queries';

   这些状态变量能告诉你：

   • Threads_connected: 当前连接到MySQL服务器的客户端连接数。 如果这个值很高，说明连接数过多，可能会导致CPU负载增加。
   • Threads_running: 当前正在执行的线程数。 如果这个值很高，说明有很多查询正在执行，可能会导致CPU负载增加。
   • Queries: 自服务器启动以来执行的查询总数。
   • Slow_queries: 自服务器启动以来执行的慢查询总数。 如果这个值很高，说明存在很多慢查询，可能会导致CPU负载增加。

二、 “嫌疑人”锁定：慢查询分析，揪出性能瓶颈

一般来说，CPU高占用的大部分原因都是慢查询导致的。 就像交通堵塞，总有那么几辆“龟速车”挡在路中间。

1. 开启慢查询日志

   慢查询日志记录了所有执行时间超过 long_query_time 秒的SQL语句。 默认情况下，慢查询日志是关闭的。 我们需要手动开启它。

   修改MySQL配置文件 (my.cnf 或 my.ini)：

   [mysqld]
   slow_query_log = 1
   slow_query_log_file = /var/log/mysql/mysql-slow.log  # 慢查询日志文件路径，请根据实际情况修改
   long_query_time = 1   # 设置慢查询时间，单位为秒
   log_queries_not_using_indexes = 1  # 记录未使用索引的查询

   修改完配置文件后，需要重启MySQL服务器才能生效。

   或者，你也可以使用以下SQL命令动态修改配置（无需重启服务器）：

   SET GLOBAL slow_query_log = 'ON';
   SET GLOBAL slow_query_log_file = '/var/log/mysql/mysql-slow.log';
   SET GLOBAL long_query_time = 1;
   SET GLOBAL log_queries_not_using_indexes = 'ON';

   注意： 动态修改的配置在服务器重启后会失效，所以最好还是修改配置文件。

2. 分析慢查询日志

   慢查询日志记录了大量的SQL语句，手动分析效率很低。 我们可以使用 mysqldumpslow 工具来分析慢查询日志。

   mysqldumpslow -s t -t 10 /var/log/mysql/mysql-slow.log  # 按照查询时间排序，显示前10条慢查询
   mysqldumpslow -s c -t 10 /var/log/mysql/mysql-slow.log  # 按照查询次数排序，显示前10条慢查询

   mysqldumpslow 工具可以按照不同的排序方式，统计慢查询的数量、平均执行时间、最大执行时间等等。 通过分析这些统计信息，我们可以快速找到性能瓶颈。

   例如，通过 mysqldumpslow 工具，我们可能会发现以下SQL语句执行时间很长：

   SELECT * FROM orders WHERE order_date > '2023-01-01' AND customer_id = 123;

   这条SQL语句的 WHERE 子句中，order_date 和 customer_id 都没有索引，导致MySQL需要全表扫描才能找到匹配的记录。 这肯定会很慢。

3. 优化慢查询

   找到慢查询后，接下来就是优化它们。 常见的优化方法包括：

   • 添加索引: 为经常用于 WHERE 子句、ORDER BY 子句、GROUP BY 子句的字段添加索引。 索引就像书的目录，可以帮助MySQL快速找到匹配的记录。

     例如，为 orders 表的 order_date 和 customer_id 字段添加索引：

     ALTER TABLE orders ADD INDEX idx_order_date (order_date);
     ALTER TABLE orders ADD INDEX idx_customer_id (customer_id);
     ALTER TABLE orders ADD INDEX idx_order_date_customer_id (order_date, customer_id);  -- 联合索引

     注意： 索引不是越多越好。 过多的索引会增加写操作的负担，并且会占用额外的存储空间。

   • 优化SQL语句: 避免使用 SELECT *，只选择需要的字段。 避免在 WHERE 子句中使用函数或表达式。 尽量使用 JOIN 代替子查询。 优化 ORDER BY 和 GROUP BY 子句。

     例如，将 SELECT * FROM orders WHERE order_date > '2023-01-01' AND customer_id = 123; 改写为：

     SELECT order_id, order_date, total_amount FROM orders WHERE order_date > '2023-01-01' AND customer_id = 123;

   • 优化表结构: 将大表拆分成小表。 使用合适的数据类型。 尽量减少字段的长度。

   • 使用缓存: 将经常访问的数据缓存到内存中，减少数据库的访问次数。 可以使用MySQL自带的查询缓存，也可以使用外部缓存系统，如Redis或Memcached。

   • 读写分离: 将读操作和写操作分离到不同的服务器上，减轻主服务器的压力。

三、 “连环作案”：连接数过多，服务器不堪重负

如果慢查询不是问题，那么就要考虑是不是连接数过多的问题了。 就像高速公路堵车，不是因为车速慢，而是因为车太多了。

1. 查看最大连接数

   MySQL服务器有一个最大连接数的限制，超过这个限制，新的连接请求就会被拒绝。 可以使用 SHOW VARIABLES LIKE 'max_connections'; 命令查看最大连接数。

2. 查看当前连接数

   可以使用 SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Threads_connected'; 命令查看当前连接数。

3. 分析连接数

   如果当前连接数接近或超过最大连接数，说明连接数过多。 这可能是因为应用程序没有及时释放连接，或者是因为并发请求过多。

4. 解决方法

   • 增加最大连接数: 修改MySQL配置文件 (my.cnf 或 my.ini)，增加 max_connections 的值。 但是，增加最大连接数会增加服务器的内存开销，所以要根据实际情况进行调整。

     [mysqld]
     max_connections = 200  # 增加最大连接数

   • 优化应用程序: 确保应用程序在使用完数据库连接后及时释放连接。 可以使用连接池来管理数据库连接。

   • 限制并发请求: 使用队列或限流器来限制并发请求的数量。

   • 使用KeepAlive: 配置MySQL的wait_timeout参数，以及应用服务器的连接池配置，合理设置连接的KeepAlive时间，避免无效连接长时间占用资源。

四、 “环境因素”：系统配置，硬件瓶颈与资源限制

除了MySQL本身的问题，系统配置和硬件瓶颈也可能导致CPU高占用。 就像汽车性能再好，如果路况不好，也跑不快。

1. CPU瓶颈

   使用 top 命令或 htop 命令查看CPU使用情况。 如果CPU使用率持续很高，并且只有一个或几个CPU核心处于满负荷状态，说明CPU可能存在瓶颈。

   解决方法：

   • 升级CPU: 更换更强大的CPU。
   • 优化应用程序: 减少CPU密集型操作。
   • 横向扩展: 将应用程序部署到多台服务器上，分摊CPU负载。

2. 内存瓶颈

   使用 free -m 命令查看内存使用情况。 如果可用内存很少，并且Swap分区被频繁使用，说明内存可能存在瓶颈。

   解决方法：

   • 增加内存: 增加服务器的内存容量。
   • 优化应用程序: 减少内存占用。
   • 优化MySQL配置: 调整MySQL的缓存参数，如 innodb_buffer_pool_size，合理分配内存资源。

3. 磁盘I/O瓶颈

   使用 iostat 命令查看磁盘I/O情况。 如果磁盘I/O很高，说明磁盘I/O可能存在瓶颈。

   解决方法：

   • 更换更快的磁盘: 使用SSD代替机械硬盘。
   • 优化磁盘I/O: 将数据文件和日志文件分离到不同的磁盘上。 使用RAID技术提高磁盘I/O性能。
   • 优化SQL语句: 减少磁盘I/O操作。

4. 网络瓶颈

   使用 iftop 命令查看网络流量。 如果网络流量很高，说明网络可能存在瓶颈。

   解决方法：

   • 升级网络设备: 更换更快的网卡和交换机。
   • 优化网络配置: 优化TCP参数，提高网络传输效率。
   • 使用CDN: 将静态资源缓存到CDN上，减少服务器的网络负载。

5. 系统资源限制

   Linux系统使用 ulimit 命令来限制进程可以使用的资源，例如：文件句柄数，最大进程数等。

   ulimit -n  # 查看当前进程可以打开的最大文件句柄数
   ulimit -u  # 查看当前用户可以创建的最大进程数

   如果这些限制太小，可能会导致MySQL服务器无法正常工作。

   解决方法：

   • 修改 /etc/security/limits.conf 文件，增加系统资源限制。

     * soft nofile 65535
     * hard nofile 65535
     * soft nproc 65535
     * hard nproc 65535

   • 修改完 /etc/security/limits.conf 文件后，需要重新登录才能生效。

五、 “终极审判”：优化方案，提升性能的“葵花宝典”

经过以上的分析，我们应该已经找到了导致CPU高占用的原因。 接下来，就是制定优化方案，解决问题。 这里给大家总结一些常用的优化方案：

优化方向	优化方法	备注
SQL语句优化	添加索引、优化SQL语句结构、避免全表扫描、使用JOIN代替子查询、优化ORDER BY和GROUP BY子句	索引不是越多越好，要根据实际情况进行选择。 可以使用 EXPLAIN 命令分析SQL语句的执行计划。
表结构优化	将大表拆分成小表、使用合适的数据类型、尽量减少字段的长度	表结构优化需要谨慎，可能会影响应用程序的兼容性。
连接数优化	增加最大连接数、优化应用程序、限制并发请求、使用连接池	增加最大连接数会增加服务器的内存开销。
系统配置优化	增加CPU、内存、磁盘I/O、网络带宽、调整MySQL配置参数（如innodb_buffer_pool_size、query_cache_size等）、优化操作系统参数（如TCP参数、文件句柄数等）	系统配置优化需要根据实际情况进行调整。 可以使用性能监控工具，如 top、htop、iostat、iftop 等，来观察系统资源的使用情况。
缓存优化	使用MySQL查询缓存、使用外部缓存系统（如Redis或Memcached）	查询缓存适用于读多写少的场景。 外部缓存系统可以提高缓存的性能和扩展性。
读写分离	将读操作和写操作分离到不同的服务器上	读写分离可以减轻主服务器的压力。
代码层优化	使用预编译SQL（PreparedStatement）、避免在循环中执行SQL语句、批量处理数据	预编译SQL可以提高SQL语句的执行效率，并防止SQL注入攻击。 批量处理数据可以减少数据库的访问次数。
升级MySQL版本	新版本的MySQL通常会包含性能优化和Bug修复	升级MySQL版本需要进行充分的测试，以确保应用程序的兼容性。
使用性能分析工具	使用MySQL自带的性能分析工具（如Performance Schema、sys schema）、使用第三方性能分析工具（如pt-query-digest、Percona Monitoring and Management）	这些工具可以帮助我们更深入地了解MySQL服务器的性能瓶颈。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家通过今天的学习，能够掌握排查和解决MySQL服务器CPU高占用问题的基本方法。 记住，解决问题要冷静分析，找到根本原因，然后对症下药。 祝大家都能成为MySQL优化高手！

下次再见！