假如让你来设计数据库中间件

假如让你来设计数据库中间件

13年底负责数据库中间件设计时的设计文档，拿出来和大家分享：

可以了解下数据库中间件技术可以了解下架构师系统设计的思路

一、总体目标

数据库中间层项目背景不再展开，根据前期的调研以及和公司同事的讨论，中间层的核心目标主要有两个：

db虚拟化：让db对业务线透明（本文的db均指mysql），业务线不再需要知道db的真实ip，port，主从关系，读写关系，高可用等分库的支持：让db的分库对业务线透明

二、实现的功能

上述目标相对比较宽泛，具体来说，数据库中间层需要实现以下功能。

（1）统一接入入口

如果统一接入入口，从今以后，不再有

而只有

所有的业务线，对db的访问，都只有一个入口，由数据库中间层来进行权限验证，由中间件来路由请求，这是一种***的情况。

当然，统一一个总入口目标有点宏大，可以循序渐进，先各业务线统一读写访问入口，故折衷的目标可以是，从今以后，不再有

而只有

im业务对db的访问，统一到一个入口上来了，由中间层来对请求进行智能路由。

更简化的，甚至可以初期同一个业务线的db读写都不对业务线透明，数据库中间层只做简单的请求转发，先初步的把数据库访问入口收拢到数据库中间层来，为后续的统一，再统一打下基础。

ROAD-MAP规划如下：

业务线入口统一（中转请求）业务线入口统一（智能路由）全局入口统一

（2）保持访问接口

原来db的访问方式主要有以上三种：

手工用mysql客户端连mysql，直连数据库执行命令 java使用jdbc连接数据库c/c++使用libmysqlclient.a来对mysql进行访问

所谓保持访问接口，是指上游对数据库的访问接口完全不用变，中间件服务对上游来说，就是数据库。

由于SQL协议是非常复杂的，在db的客户端与服务器插入了一个中间层之后，不一定能对所有的SQL功能都进行支持，支持哪些SQL是需要慎重考虑的。

（3）屏蔽读写分离

业务层不需要在关注读写分离，由中间件来进行读写请求路由。

（4）支持的分库

58的db的水平扩展，基本是用的分库的方式（分库比较好，很容易实现实例的扩容），即：

db.table会水平拆分为：

db1.table

db2.table

db3.table

db4.table

这样的话，dao层对于table就只有一个table实例了，比较方便。

根据前期与各业务线同学的沟通，58在分库上的业务访问需求为（这个调研的周期比较长，和很多业务线进行了沟通）：

patition key普通查询patition key上的IN查询非patition key上的查询有限功能的排序+分页查询

故对分库上的分布式SQL功能，数据库中间层只需要支持上上述四项即可。

（5）高可用性的支持

高可用的支持又分为两个部分：

***部分，故障自动发现：下游数据库挂了，能够自动发现问题，并报警周知相关人员。

第二部分，故障自动转移：

主库挂了，能够自动切换，或者屏蔽写请求从库挂了，能够自动自动切换读请求量流量中间件挂了，自动切换中间件流量，高可用

（6）可运维性的支持

支持一些统计数据的展现支持一些管理命令支持页面话的运维

however，只要总的框架设计具备可扩展性，这些功能可以循序渐进，逐步添加。

三、设计折衷

（1）协议与整体架构

既然选择了mysql client server protocol作为业务层与中间层之间的协议，那么中间层必然是作为mysql-server接收上游的请求，作为mysql-client向真正的mysql发送请求的，中间层的整体结构如下：

这样的话，需要对mysql client server protocol做详尽的研究，了解：

连接的建立过程权限认证的过程压缩解压缩的过程请求响应二进制协议各种细节 …

协议这一块的掌握必须详尽，好在官方文档相对比较全面：

（2）架构细节

总体架构细节图如上。

（2.1）上游

mysql客户端，java使用jdbc作为上游连接，c/c++使用libmysql.a作为上游连接，使用的是Mysql Client Server协议DBA亦可以向中间件发送一些管理命令，或者查看一些统计信息，使用的是自己定义的内部协议

（2.2）下游

处于系统体系结构中的***端，系统中间件的下游就是mysql集群了，中间件与mysql之间使用的也是Mysql Client Server协议。

（2.3）中间层-ConfigMgr

中间层配置文件管理组件ConfigMgr是中间层中非常重要的一个部分，请求的转发，读写分离，分库功能的支持，都需要通过配置来完成。

从配置文件可以看出，ConfigMgr需要管理的mysql配置类型有两种：

type=1请求转发

配置的含义是，上游如果访问逻辑数据库logic_db=”im”，中间件则将请求转发到实际的后端数据库item，item中配置了后端数据库的ip/port/name。

type=2分库支持

解释分库支持的配置之前，先说明一下数据库的层次结构LOGIC_DB、PARTITION、ITEM。

LOGIC_DB：逻辑数据库，面向上游，例如umc

PARTITION：数据库分区，可以理解为分库，例如umc0和umc1，这个对上游是透明的

ITEM：数据库项，可以理解为一个分区上的一个读库或者写库，这个对上游也是透明的

上例中对应的配置文件为：

LOGIC_DB：需要关注partition-key-column，也需要关注partition算法，它要实现对PARTITION的请求路由以及结果集的汇总     PARTITION：需要关注ITEM的读写特性，它要实现对ITEM的读写分离     ITEM：是最终的数据库，和它相关的配置是数据库ip/port/name/wr-type

（2.4）中间层-MysqlServerPart

中间层服务端组件MysqlServerPart是中间层中非常重要的一个部分，它负责端口的监听+请求接收与返回（服务端网络IO），MysqlProtocol的解析。根据其功能，MysqlServerPart组件又主要分为两个组件ServerIOMgr组件（服务端IO管理），MysqlProtocolAnalyzer组件（Mysql协议分析）。

这一层次面临这些细节：

server网络框架的选取：建议使用异步server 并发模型的选取：建议使用IO-thread + multi-work-thread的并发模型 内存管理模型的选取：建议使用内存池 连接上下文管理，最容易想到的上下文，一个数据库连接是和一个逻辑库LOGIC_DB绑定的 Mysql如何建立数据库连接：需要考察Mysql协议 Mysql协议的细化解析：需要考察Mysql协议  …

（2.5）中间层-MysqlClientPart

中间层客户端组件MysqlClientPart是中间层中非常重要的一个部分，它负责中间件对mysql的连接池管理，以及返回结果集的解析。根据其功能，MysqlClientPart组件又主要分为两个组件ClientConnPoolMgr组件（客户端连接池管理），ResultSetAnalyzer组件（返回结果集分析）。

这一层次面临这些细节：

数据库连接池的实现 数据库连接模型的选型：建议前期使用同步模型 连接上下文管理，最容易想到的上下文，一个数据库连接是和一个ITEM绑定的 Mysql结果集的细化解析：需要考察Mysql协议…

（2.6）中间层-SqlParser

中间层Sql分析组件SqlParser是中间层中非常重要的一个部分，它负责对sql语句的语法分析与语义分析。

为什么要进行Sql语法语义分析？需要解析出什么东东？

分为两种情况：

type=1请求转发

对于请求的中转，上游一个数据库连接对应一个逻辑库LOGIC_DB，由ConfigMgr可以知道对应下游一个真实的ITEM（ip/port/db），此时直接转发请求即可，无需解析Sql语句。

type=2分库支持

对于分库的支持，解析Sql语句可能需要得到这些问题的答案：Sql是否带了partition-key-column？partition-key-column的值是多少？

例如一条Sql语句：select * from user where uid=123456;

就必须将“uid”列属性，以及uid的列属性值“123456”解析出来，以用作后续请求路由。

注意：更细的情况是，针对每个表，分库partition-key-column都是不一样的，上例中还需要将表名user也解析出来。

这一层次面临这些细节：

如何解析Sql语句：可以参考mysql源码对SQL语句的解析，亦可参照cober对SQL语句的解析方法；

注：由于我们只需要支持多库，数据库库名信息是在“连接”这一层获取的，又我们支持的分布式Sql的种类有限，故只需解析partition-key-column，offset/limit等少数信息即可。

（2.7）中间层-SqlModifier

中间层Sql修改组件SqlModifier是中间层中非常重要的一个部分，它负责对sql语句改写。

为什么要对Sql语句进行改写？

type=1的请求转发，无需修改Sql，但对于type=2的分库支持，有些Sql语句就必须进行改写。

例如：select * from user where uid in(1,2,3,4,5,6);

假设PARTITION分了0和1奇偶两个分区，则sql应该分别被改写为：

select * from user where uid in(2,4,6); => 路由给0库；

select * from user where uid in(1,3,5); => 路由给1库；

又例如：select * from user limit 1000,10;

则sql可能会被改写为：

select * from user limit 0,1010; => 分别路由到两个库，收集完结果集共2020条记录，再排序取其中1000-1010这10条。

哪些Sql需要改写，如何改写？

结合我们需要实现的四类分布式Sql：

patition key普通查询 patition key上的IN查询 非patition key上的查询 有限功能的排序+分页查询

只有（2）和（4）两项需要改写，改写方法上文已述，其中（4）的改写效率较低，使用起来要谨慎。

（2.8）中间层-SqlRouter

中间层Sql路由组件SqlRouter是中间层中非常重要的一个部分，它负责对sql语句进行路由。

哪些Sql需要路由，如何路由？

结合我们需要实现的四类分布式Sql：

patition key普通查询 patition key上的IN查询 非patition key上的查询 有限功能的排序+分页查询

只有（1）和（2）两项需要路由，（3）和（4）需要将请求分发至所有的PARTITION。

（2.9）中间层-ResultSetMerger

中间层结果集合并组件ResultSetMerger是中间层中非常重要的一个部分，它负责对结果集进行合并，筛选。

哪些Sql需要合并结果集，筛选结果集？

结合我们需要实现的四类分布式Sql：

patition key普通查询 patition key上的IN查询 非patition key上的查询 有限功能的排序+分页查询

其中（2）和（3）类查询需要将结果集进行合并，（4）不但要合并结果集，还需要将结果集在本地进行排序，然后再筛选出真正的结果集。

（2.10）其他组件

AdminServer：监听一个新端口，接收数据库管理员命令的server AdminMgr：实现管理员命令的组件 MonitorMgr：实现监控报警的组件 StatisticsMgr：实现数据统计功能的组件

上述组件可循序渐进，逐步添加，故一期需要实现的组件及架构图为：

感谢看完，说明你对数据库中间件感兴趣，建议在PC上细看3遍，一定更有收获。

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