MySQL高级讲座篇之：`Sharding`在MySQL集群中的自动化：`MySQL Router`和`ProxySQL`的应用。

各位靓仔靓女，晚上好！我是你们今晚的MySQL特约讲师，人送外号“Bug终结者”。今天咱们来聊聊MySQL集群的“分身术”——Sharding，以及如何让这些“分身”听话地干活，也就是Sharding的自动化。

这次的重点是MySQL Router和ProxySQL这两个神器，它们能让你的Sharding集群管理起来像喝水一样轻松。准备好了吗？咱们开车了！

一、Sharding：集群界的“孙悟空”

Sharding，中文名叫“分片”，简单来说就是把一个庞大的数据库拆分成多个小数据库，每个小数据库都只负责一部分数据。这就好比把一个巨无霸汉堡切成几块，分给不同的人吃，每个人压力都小了，整体效率自然就提高了。

为什么要Sharding？

• 数据量太大： 单个数据库hold不住了，撑爆了！
• 并发太高： 数据库服务器累吐血了，扛不住了！
• 性能瓶颈： 读写速度慢如蜗牛，用户体验极差！

Sharding的类型

• 垂直分片 (Vertical Sharding): 按照业务功能拆分。比如，用户表、订单表、商品表分别放在不同的数据库。
• 水平分片 (Horizontal Sharding): 按照某种规则（例如用户ID的hash值）把数据分散到不同的数据库。

Sharding带来的挑战

Sharding虽然解决了性能问题，但也引入了新的挑战：

• 路由： 如何知道数据在哪一个分片上？
• 事务： 如何保证跨分片的事务一致性？
• 聚合： 如何跨分片查询和统计数据？
• 管理： 如何管理成百上千个分片？

二、MySQL Router：官方“顺风车”

MySQL Router是MySQL官方提供的轻量级连接代理，它能根据配置的规则，将客户端的请求路由到正确的MySQL服务器。你可以把它想象成一个智能导航仪，指引交通流量，避免拥堵。

MySQL Router的优势

• 官方出品： 与MySQL数据库无缝集成，兼容性好。
• 轻量级： 资源占用少，部署简单。
• 读写分离： 支持将读请求路由到只读服务器，降低主服务器压力。
• 负载均衡： 自动将请求分配到不同的服务器，提高整体性能。
• 故障转移： 当某个服务器宕机时，自动将请求路由到其他服务器。

MySQL Router的配置

MySQL Router的配置文件通常是mysqlrouter.conf。下面是一个简单的示例：

[DEFAULT]
logging_folder = /var/log/mysqlrouter
plugin_load_dir = /usr/lib64/mysqlrouter/plugins
config_folder = /etc/mysqlrouter
runtime_folder = /var/run/mysqlrouter

[routing:read_only]
bind_address = 0.0.0.0:3307
destinations = 192.168.1.101:3306,192.168.1.102:3306
mode = read-only

[routing:read_write]
bind_address = 0.0.0.0:3306
destinations = 192.168.1.100:3306
mode = read-write

[metadata_cache]
router_id = router_1
bootstrap_server_addresses = 192.168.1.100:3306
user = mysqlrouter
password = your_password
valid_server_types = PRIMARY,SECONDARY

配置说明：

• [routing:read_only]：配置只读路由，监听3307端口，将读请求路由到192.168.1.101和192.168.1.102。
• [routing:read_write]：配置读写路由，监听3306端口，将写请求路由到192.168.1.100。
• [metadata_cache]：配置元数据缓存，用于自动发现和管理MySQL服务器。

MySQL Router的使用

1. 安装MySQL Router：

   sudo apt-get install mysql-router  # Debian/Ubuntu
   sudo yum install mysql-router      # CentOS/RHEL

2. 配置MySQL Router： 修改mysqlrouter.conf文件，配置路由规则。

3. 启动MySQL Router：

   mysqlrouter --config /etc/mysqlrouter/mysqlrouter.conf

4. 客户端连接： 客户端连接MySQL Router的地址和端口，Router会根据配置将请求路由到相应的MySQL服务器。

代码示例：

import mysql.connector

# 连接MySQL Router，Router会根据配置将请求路由到相应的MySQL服务器
mydb = mysql.connector.connect(
  host="192.168.1.200",  # MySQL Router的IP地址
  user="your_user",
  password="your_password",
  database="your_database",
  port=3306         # 连接读写端口
)

mycursor = mydb.cursor()

# 执行查询操作，会被路由到主服务器
mycursor.execute("SELECT * FROM your_table")

myresult = mycursor.fetchall()

for x in myresult:
  print(x)

mydb.close()

MySQL Router的局限性

虽然MySQL Router功能强大，但也有一些局限性：

• 不支持复杂的路由规则： 只能根据读写分离和负载均衡进行路由，不支持基于SQL内容的路由。
• 性能有限： 作为轻量级代理，在高并发场景下可能成为性能瓶颈。
• 元数据管理依赖MySQL： 需要依赖MySQL服务器来存储和管理元数据。

三、ProxySQL：进阶版“指挥官”

ProxySQL是一个高性能、可扩展的MySQL代理，它不仅具备MySQL Router的所有功能，还提供了更强大的路由规则、更灵活的配置选项和更丰富的监控指标。你可以把它想象成一个经验丰富的指挥官，能够根据战场情况灵活调整策略。

ProxySQL的优势

• 强大的路由规则： 支持基于SQL内容的路由，可以根据SQL语句的特征将请求路由到不同的服务器。
• 连接池： 维护与后端MySQL服务器的连接池，减少连接开销，提高性能。
• 查询缓存： 缓存查询结果，减少数据库访问，提高响应速度。
• 监控和管理： 提供丰富的监控指标和管理接口，方便运维人员进行监控和管理。
• 高可用： 支持多个ProxySQL实例组成集群，实现高可用。

ProxySQL的配置

ProxySQL的配置主要通过Admin接口进行，可以使用MySQL客户端连接Admin端口（通常是6032）进行配置。

配置示例：

1. 添加MySQL主机：

   INSERT INTO mysql_servers (hostgroup_id, hostname, port, weight, max_connections) VALUES (1, '192.168.1.100', 3306, 10, 100);  # 主库
   INSERT INTO mysql_servers (hostgroup_id, hostname, port, weight, max_connections) VALUES (2, '192.168.1.101', 3306, 5, 100);   # 读库1
   INSERT INTO mysql_servers (hostgroup_id, hostname, port, weight, max_connections) VALUES (2, '192.168.1.102', 3306, 5, 100);   # 读库2
   LOAD MYSQL SERVERS TO RUNTIME;
   SAVE MYSQL SERVERS TO DISK;

   说明：

   • hostgroup_id：主机组ID，用于将具有相同功能的服务器分组。
   • hostname：MySQL服务器的IP地址。
   • port：MySQL服务器的端口号。
   • weight：权重，用于负载均衡。
   • max_connections：最大连接数。

2. 添加用户：

   INSERT INTO mysql_users (username, password, default_hostgroup) VALUES ('your_user', 'your_password', 1);
   LOAD MYSQL USERS TO RUNTIME;
   SAVE MYSQL USERS TO DISK;

   说明：

   • username：用户名。
   • password：密码。
   • default_hostgroup：默认主机组ID，用于指定用户连接时使用的默认主机组。

3. 配置路由规则：

   INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (1, '^SELECT.*FOR UPDATE', 1, 1); # 强制事务走主库
   INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (2, '^SELECT.*', 2, 1);     # 其他SELECT走读库
   LOAD MYSQL QUERY RULES TO RUNTIME;
   SAVE MYSQL QUERY RULES TO DISK;

   说明：

   • rule_id：规则ID。
   • match_digest：用于匹配SQL语句的正则表达式。
   • destination_hostgroup：目标主机组ID。
   • apply：是否应用该规则。

ProxySQL的使用

1. 安装ProxySQL：

   sudo apt-get install proxysql  # Debian/Ubuntu
   sudo yum install proxysql      # CentOS/RHEL

2. 配置ProxySQL： 通过Admin接口进行配置。

3. 启动ProxySQL：

   proxysql --config=/etc/proxysql.cnf

4. 客户端连接： 客户端连接ProxySQL的地址和端口（通常是6033），ProxySQL会根据配置将请求路由到相应的MySQL服务器。

代码示例：

import mysql.connector

# 连接ProxySQL，ProxySQL会根据配置将请求路由到相应的MySQL服务器
mydb = mysql.connector.connect(
  host="192.168.1.200",  # ProxySQL的IP地址
  user="your_user",
  password="your_password",
  database="your_database",
  port=6033         # 连接ProxySQL端口
)

mycursor = mydb.cursor()

# 执行查询操作，会被路由到读库
mycursor.execute("SELECT * FROM your_table")

myresult = mycursor.fetchall()

for x in myresult:
  print(x)

# 执行带FOR UPDATE的查询，会被路由到主库
mycursor.execute("SELECT * FROM your_table WHERE id = 1 FOR UPDATE")

myresult = mycursor.fetchall()

for x in myresult:
  print(x)

mydb.close()

ProxySQL的局限性

• 配置复杂： 需要学习ProxySQL的配置语法和管理接口，配置相对复杂。
• 性能损耗： 虽然ProxySQL性能很高，但作为代理，仍然会带来一定的性能损耗。

四、MySQL Router vs ProxySQL：如何选择？

特性	MySQL Router	ProxySQL
出品方	MySQL官方	社区开源
易用性	简单易用	配置相对复杂
路由规则	读写分离、负载均衡	基于SQL内容、灵活配置
连接池	无	有
查询缓存	无	有
监控和管理	简单	丰富
性能	较好	更好
适用场景	简单读写分离、负载均衡场景	复杂路由、高性能、高可用场景

总结：

• 选择MySQL Router： 如果你只需要简单的读写分离和负载均衡，并且对性能要求不高，那么MySQL Router是一个不错的选择。
• 选择ProxySQL： 如果你需要更强大的路由规则、更高的性能和更灵活的配置选项，并且愿意投入时间和精力学习和配置，那么ProxySQL是更好的选择。

五、Sharding的自动化：让“分身”更听话

无论是MySQL Router还是ProxySQL，都可以帮助你实现Sharding的自动化。通过配置路由规则，你可以让客户端的请求自动路由到正确的分片上，而无需手动指定。

自动化的好处：

• 提高开发效率： 开发者无需关心数据在哪一个分片上，可以专注于业务逻辑的开发。
• 降低运维成本： 运维人员无需手动管理每个分片，可以集中精力处理更重要的问题。
• 提高系统可用性： 当某个分片宕机时，可以自动将请求路由到其他分片，保证系统的可用性。

六、实战案例：用户表Sharding

假设我们有一个用户表，数据量非常大，需要进行Sharding。我们按照用户ID的hash值将用户表分散到4个分片上。

1. 数据库结构

所有分片上的数据库结构都一样：

CREATE TABLE `users` (
  `id` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '用户ID',
  `username` varchar(255) NOT NULL COMMENT '用户名',
  `email` varchar(255) NOT NULL COMMENT '邮箱',
  `created_at` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
  `updated_at` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '更新时间',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `username` (`username`),
  UNIQUE KEY `email` (`email`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='用户表';

2. Sharding规则

def get_shard_id(user_id, shard_count):
  """根据用户ID计算分片ID"""
  return user_id % shard_count

shard_count = 4  # 分片数量
user_id = 12345
shard_id = get_shard_id(user_id, shard_count)
print(f"User ID {user_id} belongs to shard {shard_id}")

3. ProxySQL配置

-- 添加 MySQL 主机
INSERT INTO mysql_servers (hostgroup_id, hostname, port, weight, max_connections) VALUES (10, '192.168.1.110', 3306, 1, 100); -- 分片 0
INSERT INTO mysql_servers (hostgroup_id, hostname, port, weight, max_connections) VALUES (11, '192.168.1.111', 3306, 1, 100); -- 分片 1
INSERT INTO mysql_servers (hostgroup_id, hostname, port, weight, max_connections) VALUES (12, '192.168.1.112', 3306, 1, 100); -- 分片 2
INSERT INTO mysql_servers (hostgroup_id, hostname, port, weight, max_connections) VALUES (13, '192.168.1.113', 3306, 1, 100); -- 分片 3

LOAD MYSQL SERVERS TO RUNTIME;
SAVE MYSQL SERVERS TO DISK;

-- 添加用户 (注意: 所有分片数据库都需要配置相同用户)
INSERT INTO mysql_users (username, password, default_hostgroup) VALUES ('your_user', 'your_password', 10);
LOAD MYSQL USERS TO RUNTIME;
SAVE MYSQL USERS TO DISK;

-- 配置路由规则
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (100, '^SELECT.*FROM `users` WHERE `id` % 4 = 0.*', 10, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (101, '^SELECT.*FROM `users` WHERE `id` % 4 = 1.*', 11, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (102, '^SELECT.*FROM `users` WHERE `id` % 4 = 2.*', 12, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (103, '^SELECT.*FROM `users` WHERE `id` % 4 = 3.*', 13, 1);

INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (104, '^INSERT INTO `users`.*`id` % 4 = 0.*', 10, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (105, '^INSERT INTO `users`.*`id` % 4 = 1.*', 11, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (106, '^INSERT INTO `users`.*`id` % 4 = 2.*', 12, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (107, '^INSERT INTO `users`.*`id` % 4 = 3.*', 13, 1);

INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (108, '^UPDATE `users`.*`id` % 4 = 0.*', 10, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (109, '^UPDATE `users`.*`id` % 4 = 1.*', 11, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (110, '^UPDATE `users`.*`id` % 4 = 2.*', 12, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (111, '^UPDATE `users`.*`id` % 4 = 3.*', 13, 1);

INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (112, '^DELETE FROM `users` WHERE `id` % 4 = 0.*', 10, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (113, '^DELETE FROM `users` WHERE `id` % 4 = 1.*', 11, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (114, '^DELETE FROM `users` WHERE `id` % 4 = 2.*', 12, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (115, '^DELETE FROM `users` WHERE `id` % 4 = 3.*', 13, 1);
LOAD MYSQL QUERY RULES TO RUNTIME;
SAVE MYSQL QUERY RULES TO DISK;

注意：

• 为了简化配置，示例中使用了match_digest，并且直接在SQL语句中硬编码了分片ID。
• 在实际项目中，应该使用参数化查询，避免SQL注入风险。
• 可以编写程序自动生成ProxySQL的配置，提高效率。

4. 代码示例

import mysql.connector

# 连接ProxySQL
mydb = mysql.connector.connect(
  host="192.168.1.200",  # ProxySQL的IP地址
  user="your_user",
  password="your_password",
  database="your_database",
  port=6033         # 连接ProxySQL端口
)

mycursor = mydb.cursor()

user_id = 12345

# 查询用户，ProxySQL会自动路由到正确的分片
sql = f"SELECT * FROM users WHERE id = {user_id}"
mycursor.execute(sql)

myresult = mycursor.fetchall()

for x in myresult:
  print(x)

# 插入用户，ProxySQL会自动路由到正确的分片
sql = f"INSERT INTO users (id, username, email) VALUES ({user_id}, 'test_user', '[email protected]')"
mycursor.execute(sql)
mydb.commit()

mydb.close()

七、总结：Sharding，自动化，未来可期

Sharding是解决大规模数据存储和高并发访问的有效手段。MySQL Router和ProxySQL是实现Sharding自动化的利器。选择哪一个取决于你的具体需求和技术水平。

希望今天的讲座能帮助你更好地理解和应用Sharding技术。记住，技术是死的，人是活的，灵活运用才能发挥最大的价值。

最后，祝大家早日成为Sharding高手，告别数据库性能瓶颈！ 下课！