MySQL高阶讲座之：`ProxySQL`：其查询路由、连接池和读写分离的实现原理。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位老铁，大家好！今天咱们不聊妹子，聊聊MySQL界的“钢铁侠”—— ProxySQL。这家伙可厉害了，能帮你搞定查询路由、连接池和读写分离，让你的MySQL数据库飞起来！

第一节：ProxySQL 是个啥？为啥我们需要它？

ProxySQL 本质上是一个高性能的MySQL协议代理。你可以把它想象成一个智能路由器，所有对MySQL数据库的请求都要经过它。它会根据你设定的规则，决定把请求发送到哪个MySQL服务器。

那么，问题来了，我们为啥需要这么个“路由器”呢？难道直接连接数据库不好吗？

你想想，如果你的网站访问量很大，所有的请求都直接打到MySQL服务器上，服务器很容易崩溃。而且，读写操作混在一起，也会降低数据库的性能。这时候，ProxySQL 的价值就体现出来了。

它可以帮你做以下几件事：

查询路由： 根据 SQL 语句的类型、内容等，将请求路由到不同的MySQL服务器。比如，SELECT 语句路由到只读服务器，INSERT、UPDATE、DELETE 语句路由到主服务器。
连接池： 管理和复用数据库连接，减少频繁创建和销毁连接的开销。
读写分离： 将读操作和写操作分离到不同的数据库服务器上，提高数据库的并发处理能力。
缓存： 缓存查询结果，减轻数据库的压力。
高可用性： 自动检测MySQL服务器的健康状态，并在服务器宕机时自动切换到备用服务器。

简单来说，ProxySQL 就像一个负载均衡器、连接管理器和防火墙的集合体，能够有效地提高MySQL数据库的性能、可用性和安全性。

第二节： ProxySQL 的架构：这货到底是怎么工作的？

ProxySQL 的架构并不复杂，主要由以下几个组件组成：

Admin Interface： 管理界面，可以通过MySQL客户端或者HTTP API来管理ProxySQL。
Query Processor： 查询处理器，负责解析SQL语句、匹配规则、路由请求等。
Backend Connections： 后端连接，维护与MySQL服务器的连接。
Frontend Connections： 前端连接，接受客户端的连接请求。
Scheduler： 调度器，负责执行后台任务，比如健康检查、连接清理等。

它们之间的关系是这样的：

客户端发起连接请求，ProxySQL 的 Frontend Connections 接收请求。
Query Processor 解析 SQL 语句，并根据配置的规则，决定将请求路由到哪个 Backend Connection。
Backend Connection 将请求发送到对应的 MySQL 服务器。
MySQL 服务器处理请求，并将结果返回给 Backend Connection。
Backend Connection 将结果返回给 Frontend Connection，最终返回给客户端。

第三节：安装和配置 ProxySQL：手把手教你搭建环境

要玩转 ProxySQL，首先得把它装起来。安装过程很简单，可以参考官方文档。这里我们假设你已经安装好了 ProxySQL。

接下来，我们需要配置 ProxySQL。配置主要通过 Admin Interface 来完成。你可以使用 MySQL 客户端连接到 ProxySQL 的 Admin Interface：

mysql -u admin -padmin -h 127.0.0.1 -P6032

默认的用户名和密码都是 admin。登录之后，你就可以执行 SQL 语句来配置 ProxySQL 了。

3.1 配置 MySQL 服务器

首先，我们需要告诉 ProxySQL 有哪些 MySQL 服务器。假设我们有两台 MySQL 服务器：

MySQL 主服务器： 192.168.1.100:3306
MySQL 从服务器： 192.168.1.101:3306

我们可以使用以下 SQL 语句来添加服务器：

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

hostgroup_id：服务器组的 ID，用于将服务器分组。
hostname：服务器的 IP 地址或域名。
port：服务器的端口号。
weight：服务器的权重，用于负载均衡。
max_connections：服务器允许的最大连接数。
LOAD MYSQL SERVERS TO RUNTIME; 将配置加载到运行时。
SAVE MYSQL SERVERS TO DISK; 将配置保存到磁盘。

3.2 配置用户

接下来，我们需要配置用户，允许客户端连接到 ProxySQL。假设我们要创建一个用户 test，密码是 test：

INSERT INTO mysql_users (username, password, default_hostgroup, max_connections) VALUES ('test', 'test', 1, 100);
LOAD MYSQL USERS TO RUNTIME;
SAVE MYSQL USERS TO DISK;

username：用户名。
password：密码。
default_hostgroup：默认的服务器组 ID。
max_connections：用户允许的最大连接数。

3.3 配置查询规则

最后，我们需要配置查询规则，告诉 ProxySQL 如何路由请求。假设我们要将所有 SELECT 语句路由到从服务器（hostgroup_id=2），将所有 INSERT、UPDATE、DELETE 语句路由到主服务器（hostgroup_id=1）：

INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (1, '^SELECT.*', 2, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (2, '^(INSERT|UPDATE|DELETE).*', 1, 1);
LOAD MYSQL QUERY RULES TO RUNTIME;
SAVE MYSQL QUERY RULES TO DISK;

rule_id：规则的 ID。
match_digest：用于匹配 SQL 语句的正则表达式。
destination_hostgroup：目标服务器组的 ID。
apply：是否应用该规则。

3.4 验证配置

配置完成后，我们可以使用 MySQL 客户端连接到 ProxySQL，验证配置是否生效。

mysql -u test -ptest -h 127.0.0.1 -P6033

连接成功后，执行一些 SELECT 语句和 INSERT、UPDATE、DELETE 语句，然后查看 MySQL 服务器的日志，看看请求是否被路由到正确的服务器上。

第四节： ProxySQL 的核心功能：深入理解查询路由、连接池和读写分离

上面我们简单介绍了 ProxySQL 的三个核心功能：查询路由、连接池和读写分离。下面我们深入了解一下它们的实现原理。

4.1 查询路由

查询路由是 ProxySQL 最重要的功能之一。它可以根据 SQL 语句的类型、内容等，将请求路由到不同的 MySQL 服务器。

ProxySQL 使用正则表达式来匹配 SQL 语句。你可以使用 match_digest 字段来指定匹配的正则表达式。

ProxySQL 会按照 rule_id 的顺序，依次匹配 SQL 语句。如果匹配成功，就将请求路由到对应的 destination_hostgroup。

代码示例：

-- 将所有查询包含 'users' 表的 SELECT 语句路由到服务器组 3
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (3, '^SELECT.*FROM.*users.*', 3, 1);

-- 将所有查询包含 'orders' 表的 SELECT 语句路由到服务器组 4
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (4, '^SELECT.*FROM.*orders.*', 4, 1);

4.2 连接池

ProxySQL 维护一个连接池，用于管理和复用数据库连接。这样可以减少频繁创建和销毁连接的开销，提高数据库的性能。

ProxySQL 的连接池有以下特点：

持久连接： ProxySQL 会保持与 MySQL 服务器的连接，直到连接空闲一段时间后才关闭。
连接复用： 当客户端需要连接到 MySQL 服务器时，ProxySQL 会优先从连接池中获取空闲的连接。
连接限制： ProxySQL 可以限制每个用户、每个服务器组的最大连接数，防止连接耗尽。

配置示例：

-- 设置每个用户的最大连接数为 50
UPDATE mysql_users SET max_connections = 50;

-- 设置每个服务器组的最大连接数为 200
UPDATE mysql_servers SET max_connections = 200;

4.3 读写分离

读写分离是提高数据库并发处理能力的重要手段。ProxySQL 可以将读操作和写操作分离到不同的数据库服务器上，减轻主服务器的压力。

实现读写分离的关键在于配置查询规则。我们可以将 SELECT 语句路由到只读服务器，将 INSERT、UPDATE、DELETE 语句路由到主服务器。

代码示例：

-- 将 SELECT 语句路由到从服务器（hostgroup_id=2）
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (1, '^SELECT.*', 2, 1);

-- 将 INSERT、UPDATE、DELETE 语句路由到主服务器（hostgroup_id=1）
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (2, '^(INSERT|UPDATE|DELETE).*', 1, 1);

第五节： ProxySQL 的高级特性：玩转缓存、监控和高可用

除了查询路由、连接池和读写分离，ProxySQL 还有一些高级特性，可以进一步提高数据库的性能、可用性和安全性。

5.1 查询缓存

ProxySQL 可以缓存查询结果，减轻数据库的压力。当客户端发起相同的查询请求时，ProxySQL 直接从缓存中返回结果，而不需要访问数据库。

配置示例：

-- 启用查询缓存
SET global proxysql_query_cache_size = '64MB';

-- 设置查询缓存的过期时间为 60 秒
SET global proxysql_query_cache_ttl = 60000;

-- 将查询包含 'users' 表的 SELECT 语句缓存
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, cache_ttl, apply) VALUES (5, '^SELECT.*FROM.*users.*', 60000, 1);

5.2 监控

ProxySQL 提供了丰富的监控指标，可以帮助你了解数据库的性能和健康状态。你可以使用 MySQL 客户端或者 HTTP API 来查看监控指标。

代码示例：

-- 查看连接池的状态
SELECT * FROM stats_mysql_connection_pool;

-- 查看查询规则的统计信息
SELECT * FROM stats_mysql_query_rules;

5.3 高可用性

ProxySQL 可以自动检测 MySQL 服务器的健康状态，并在服务器宕机时自动切换到备用服务器。这样可以保证数据库的高可用性。

配置示例：

-- 设置 MySQL 服务器的健康检查间隔为 10 秒
UPDATE mysql_servers SET status = 'ONLINE', delay = 10;

-- 设置 MySQL 服务器的健康检查超时时间为 5 秒
SET global mysql_connect_timeout_server = 5000;

5.4 Host Groups 和权重 (Weight)

Host Groups 是 ProxySQL 中一个非常重要的概念。它可以将多个 MySQL 服务器组合在一起，作为一个逻辑单元进行管理。这对于实现读写分离、负载均衡等功能非常有用。

Host Groups 的作用：

读写分离： 可以将读操作路由到只读服务器组，将写操作路由到主服务器组。
负载均衡： 可以将请求分配到多个服务器组，每个服务器组包含多个服务器，从而实现负载均衡。
故障转移： 当某个服务器组中的服务器宕机时，ProxySQL 可以自动将请求切换到其他服务器组。

权重 (Weight) 的作用：

负载均衡： 在同一个 Host Group 内部，可以通过设置服务器的权重来控制请求的分配比例。权重高的服务器会接收更多的请求。

示例：

假设我们有三个 MySQL 服务器：

Master: 192.168.1.100:3306
Slave1: 192.168.1.101:3306
Slave2: 192.168.1.102:3306

我们可以将 Master 分配到 Host Group 1，Slave1 和 Slave2 分配到 Host Group 2。为了实现负载均衡，我们可以给 Slave1 设置权重为 2，给 Slave2 设置权重为 1。这样 Slave1 会接收 Slave2 两倍的读请求。

配置：

-- 配置 Master
INSERT INTO mysql_servers (hostgroup_id, hostname, port, weight, max_connections) VALUES (1, '192.168.1.100', 3306, 1, 100);

-- 配置 Slave1
INSERT INTO mysql_servers (hostgroup_id, hostname, port, weight, max_connections) VALUES (2, '192.168.1.101', 3306, 2, 100);

-- 配置 Slave2
INSERT INTO mysql_servers (hostgroup_id, hostname, port, weight, max_connections) VALUES (2, '192.168.1.102', 3306, 1, 100);

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

-- 配置读写分离规则
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (1, '^SELECT.*', 2, 1);
INSERT INTO mysql_query_rules (rule_id, match_digest, destination_hostgroup, apply) VALUES (2, '^(INSERT|UPDATE|DELETE).*', 1, 1);

LOAD MYSQL QUERY RULES TO RUNTIME;
SAVE MYSQL QUERY RULES TO DISK;

5.5 Prepared Statements

Prepared Statements (预处理语句) 是提高数据库性能的另一种方法。它可以将 SQL 语句预先编译好，然后多次执行，从而减少 SQL 语句的解析和编译开销。

ProxySQL 也支持 Prepared Statements，可以进一步提高数据库的性能。

ProxySQL 如何处理 Prepared Statements:

解析： ProxySQL 会解析客户端发来的 PREPARE 语句，提取 SQL 语句的模板。
缓存： ProxySQL 会缓存 SQL 语句的模板，以便下次使用。
路由： ProxySQL 会根据 SQL 语句的模板，将请求路由到对应的 MySQL 服务器。
执行： ProxySQL 会将参数传递给 MySQL 服务器，执行 Prepared Statements。

示例：

-- 客户端发送 PREPARE 语句
PREPARE stmt FROM 'SELECT * FROM users WHERE id = ?';

-- 客户端发送 EXECUTE 语句
SET @id = 1;
EXECUTE stmt USING @id;

在这个例子中，ProxySQL 会解析 PREPARE 语句，提取 SQL 语句的模板 SELECT * FROM users WHERE id = ?。然后，ProxySQL 会将 EXECUTE 语句路由到对应的 MySQL 服务器，并将参数 @id 传递给 MySQL 服务器。

注意事项：

ProxySQL 需要正确配置，才能正确处理 Prepared Statements。
确保 MySQL 服务器支持 Prepared Statements。

第六节： ProxySQL 的最佳实践：总结经验，避免踩坑

在使用 ProxySQL 时，有一些最佳实践可以帮助你更好地利用它的功能，避免踩坑。

合理规划服务器组： 根据业务需求，合理规划服务器组，将不同类型的服务器分配到不同的服务器组。
精细化配置查询规则： 尽量使用精确的正则表达式来匹配 SQL 语句，避免误判。
监控 ProxySQL 的性能指标： 定期监控 ProxySQL 的性能指标，及时发现和解决问题。
定期备份 ProxySQL 的配置： 定期备份 ProxySQL 的配置，以便在出现问题时快速恢复。
了解 ProxySQL 的局限性： ProxySQL 并不是万能的，它也有一些局限性。比如，它不支持所有的 SQL 语法。
测试！测试！再测试！： 在生产环境中使用 ProxySQL 之前，一定要进行充分的测试，确保配置正确，功能正常。

总结：

ProxySQL 是一个强大的MySQL协议代理，可以帮助你提高MySQL数据库的性能、可用性和安全性。通过合理配置和使用 ProxySQL，你可以让你的MySQL数据库飞起来！今天就讲到这里，希望对大家有所帮助！下课！

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