TiDB 高并发写入常见热点问题及规避方法

本文主要面向对 TiDB 有一定了解的读者，读者在阅读本文之前，推荐先阅读讲解 TiDB 原理的三篇文章（讲存储，说计算，谈调度），以及 TiDB Best Practice。

高并发批量插入场景，通常存在于业务系统中的批量任务中，例如清算以及结算等业务。它存在以下显著的特点：

• 数据量大

• 需要短时间内将历史数据入库

• 需要短时间内读取大量数据

这就对 TiDB 提出了一些挑战：

• 写入/读取能力是否可以线性水平扩展

• 数据在持续大并发写入，性能是否稳定不衰减

对于分布式数据库来说，除了本身的基础性能之外，最重要的就是充分利用所有节点能力，避免出现单个节点成为瓶颈。

如果要解决以上挑战，需要从 TiDB 数据切分以及调度的原理开始讲起。这里只是作简单的说明，详细请大家参见：谈调度。

图 1 TiDB 数据概览

但是软件世界里，没有银弹。具体的事情还需要具体分析。我们接下来就通过一些简单的负载来探讨 TiDB 在这种场景下，需要如何被正确的使用，才能达到此场景理论上的最佳性能。

有一张简单的表：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS TEST_HOTSPOT(
      id                   BIGINT PRIMARY KEY,
      age                INT,
      user_name  VARCHAR(32),
      email 	 VARCHAR(128)
)

INSERT INTO TEST_HOTSPOT(id, age, user_name, email) values(%v, %v, '%v', '%v');

图 2 监控截图

图 4 监控截图

图 5 监控截图

上面这个现象是有一些违反直觉的，造成这个现象的原因是：刚创建表的时候，这个表在 TiKV 只会对应为一个 Region，范围是:

[CommonPrefix + TableID, CommonPrefix + TableID + 1)

图 6 TiKV Region 分裂流程

在持续写入一段时间以后，整个集群会被 PD 自动地调度成一个压力均匀的状态，到那个时候才会真正利用整个集群的能力。对于大多数情况来说，这个是没有问题的，这个阶段属于表 Region 的预热阶段。

但是对于高并发批量密集写入场景来说，这个却是应该避免的。

那么我们能否跳过这个预热的过程，直接将 Region 切分为预期的数量，提前调度到集群的各个节点中呢？

TiDB 在 v3.0.x 版本以及 v2.1.13 以后的版本支持了一个新特性叫做 Split Region。这个特性提供了新的语法：

SPLIT TABLE table_name [INDEX index_name] BETWEEN (lower_value) AND (upper_value) REGIONS region_num

SPLIT TABLE table_name [INDEX index_name] BY (value_list) [, (value_list)]

图 8 Table Region Range

SPLIT TABLE TEST_HOTSPOT BETWEEN (0) AND (9223372036854775807) REGIONS 128;

[root@172.16.4.4 scripts]# python table-regions.py --host 172.16.4.3 --port 31453 test test_hotspot
[RECORD - test.test_hotspot] - Leaders Distribution:
  total leader count: 127
  store: 1, num_leaders: 21, percentage: 16.54%
  store: 4, num_leaders: 20, percentage: 15.75%
  store: 6, num_leaders: 21, percentage: 16.54%
  store: 46, num_leaders: 21, percentage: 16.54%
  store: 82, num_leaders: 23, percentage: 18.11%
  store: 62, num_leaders: 21, percentage: 16.54%

我们再重新运行插入负载：

图 11 监控截图

可以看到已经消除了明显的热点问题了。

当然，这里只是举例了一个简单的表，还有索引热点的问题。如何预先切散索引相关的 Region？

这个问题可以留给读者，通过 Split Region 文档 可以获得更多的信息。

如果表没有主键或者主键不是 int 类型，用户也不想自己生成一个随机分布的主键 ID，TiDB 内部会有一个隐式的 _tidb_rowid 列作为行 id。在不使用 SHARD_ROW_ID_BITS 的情况下，_tidb_rowid 列的值基本上也是单调递增的，此时也会有写热点存在。（查看什么是 SHARD_ROW_ID_BITS）

要避免由 _tidb_rowid 带来的写入热点问题，可以在建表时，使用 SHARD_ROW_ID_BITS  和 PRE_SPLIT_REGIONS 这两个建表 option（查看什么是 PRE_SPLIT_REGIONS）。

SHARD_ROW_ID_BITS 用来把 _tidb_rowid 列生成的行 ID 随机打散，pre_split_regions 用来在建完表后就预先 split region。注意：pre_split_regions 必须小于等于 shard_row_id_bits。

示例：

create table t (a int, b int) shard_row_id_bits = 4 pre_split_regions=·3;

• SHARD_ROW_ID_BITS = 4 表示 tidb_rowid 的值会随机分布成 16 （16=2^4） 个范围区间。

• pre_split_regions=3 表示建完表后提前 split 出 8 (2^3) 个 region。

在表 t 开始写入后，数据写入到提前 split 好的 8 个 region 中，这样也避免了刚开始建表完后因为只有一个 region 而存在的写热点问题。

TiDB 2.1 版本中在 SQL 层引入了 latch 机制，用于在写入冲突比较频繁的场景中提前发现事务冲突，减少 TiDB 跟 TiKV 事务提交时写写冲突导致的重试。对于跑批场景，通常是存量数据，所以并不存在事务的写入冲突。可以把 TiDB 的 latch 关闭，以减少细小内存对象的分配：

[txn-local-latches]
enabled = false