负载突然翻了100倍，如何拯救MySQL架构？

负载突然翻了100倍，如何拯救MySQL架构？

最近有一个业务库的负载比往常高了很多，最直观的印象就是原来的负载***是 100%，现在不是翻了几倍或者指数级增长，而是突然翻了 100 倍，导致业务后端的数据写入剧增，产生了严重的性能阻塞。

引入读写分离，优化初见成效

这类问题引起了我的兴趣和好奇心，经过和业务方沟通了解，这个业务是记录回执数据的。

简单来说就好比你发送了一条微博，想看看有多少人已读，有多少人留言等。所以这类场景不存在事务，会有数据的密集型写入，会有明确的统计需求。

目前的统计频率是每 7 分钟做一次统计，会有几类统计场景，目前基本都是全表扫描级别的查询语句。当前数据库的架构很简单，是一个主从，外加 MHA 高可用。

问题的改进方向是减少主库的压力，分别是读和写的压力。写入的压力来自于业务的并发写入压力，而读的压力来自于于全表扫描的压力，对于 CPU 和 IO 压力都很大。

这两个问题的解决还是存在优先级，首先统计的 SQL 导致了系统资源成为瓶颈，结果原本简单的 Insert 也成为了慢日志 SQL，相比而言，写入需求是硬需求。

而统计需求是辅助需求，所以在这种场景下和业务方沟通，快速的响应方式就是把主库的统计需求转移到从库端。

转移了读请求的负载，写入压力得到了极大缓解，后来也经过业务方的应用层面的优化，整体的负载情况就相对乐观了。

主库的监控负载如下图：

可以看到有一个明显降低的趋势，CPU 负载从原来的 90% 以上降到了不到 10%。IO 的压力也从原来的近 100% 降到了 25% 左右。

从库的监控负载如下图：

可以看到压力有了明显的提升。CPU 层面的体现不够明显，主要的压力在于 IO 层面，即全表数据的扫描代价极高。

这个算是优化的***步改进，在这个基础上，开始做索引优化，但是通过对比，发现效果很有限。

因为从库端的是统计需求，添加的索引只能从全表扫描降级为全索引扫描，对于系统整体的负载改进却很有限，所以我们需要对已有的架构做一些改进和优化。

方案 1

考虑到资源的成本和使用场景，所以我们暂时把架构调整为如下的方式：即添加两个数据节点，然后打算启用中间件的方式来做分布式的架构设计。

对于从库，暂时为了节省成本，就对原来的服务器做了资源扩容，即单机多实例的模式，这样一来写入的压力就可以完全支撑住了。

但是这种方式有一个潜在的隐患，那就是从库的中间件层面来充当数据统计的角色，一旦出现性能问题，对于中间件的压力极大，很可能导致原本的统计任务会阻塞。

同时从库端的资源瓶颈除了磁盘空间外就是 IO 压力，目前通过空间扩容解决不了这个硬伤。

在和业务同学进一步沟通后，发现他们对于这一类表的创建是动态配置的方式，在目前的中间件方案中很难以落实。而且对于业务来说，统计需求变得更加不透明了。

方案 2

一种行之有效的改进方式就是从应用层面来做数据路由，比如有 10 个业务：业务 1、业务 2 在***个节点，业务 3、业务 5 在第二个节点等等。

按照这种路由的配置方式来映射数据源，相对可控，更容易扩展，所以架构方式改为了这种：

而整个的改进中，最关键的一环是对于统计 SQL 性能的改进，如果 SQL 统计性能的改进能够初见成效，后续的架构改进就会更加轻松。

引入列式存储，优化统计性能

后续又开始有了业务的爆发式增长，使得统计需求的优化成为本次优化的关键所在。

原来的主库读写压力都很大，通过读写分离，使得读节点的压力开始激增，而且随着业务的扩展，统计查询的需求越来越多。

比如原来是有 10 个查询，现在可能变成了 30 个，这样一来统计压力变大，导致系统响应降低，从而导致从库的延迟也开始变大。

***的时候延迟有 3 个小时，按照这种情况，统计的意义其实已经不大了。

对此我做了几个方面的改进：

首先是和业务方进行了细致的沟通，对于业务的场景有了一个比较清晰的认识，其实这个业务场景是蛮适合 Redis 之类的方案来解决的，但是介于成本和性价比选择了关系型的 MySQL，结论：暂时保持现状。对于读压力，目前不光支撑不了指数级压力，连现状都让人担忧。业务的每个统计需求涉及 5 个 SQL，要对每个场景做优化都需要取舍。

***达到的一个初步效果是字段有 5 个，索引就有 3 个，而且不太可控的是一旦某个表的数据量太大导致延迟，整个系统的延迟就会变大，从而造成统计需求都整体垮掉。

所以添加索引来解决硬统计需求算是心有力而力不足。结论：索引优化效果有限，需要寻求其他可行解决方案。

对于写压力，后续可以通过分片的策略来解决，这里的分片策略和我们传统认为的逻辑不同，这是基于应用层面的分片，应用端来做这个数据路由。这样分片对于业务的爆发式增长就很容易扩展了。

有了这一层保障之后，业务的统计需求迁移到从库，写压力就能够平滑的对接了，目前来看写压力的空余空间很大，完全可以支撑指数级的压力。结论：业务数据路由在统计压力减缓后再开始改进。

为了快速改进现状，我写了一个脚本自动采集和管理，会定时杀掉超时查询的会话。

但是延迟还是存在，查询依旧是慢，很难想象在指数级压力的情况下，这个延迟会有多大。

在做了大量的对比测试之后，按照单表 3500 万的数据量，8 张同样数据量的表，5 条统计 SQL，做完统计大约需要 17~18 分钟左右，平均每个表需要大约 2 分多钟。

因为不是没有事务关联，所以这个场景的延迟根据业务场景和技术实现来说是肯定存在的，我们的改进方法是提高统计的查询效率，同时保证系统的压力在可控范围内。

一种行之有效的方式就是借助于数据仓库方案，MySQL 原生不支持数据库仓库，但是有第三方的解决方案：

一类是 ColumnStore，是在 InfiniDB 的基础上改造的。一类是 Infobright，除此之外还有其他大型的解决方案，比如 Greenplum 的 MPP 方案。

ColumnStore 的方案有点类似于这种 MPP 方案，需要的是分布式节点，所以在资源和架构上 Infobright 更加轻量一些。

我们的表结构很简单，字段类型也是基本类型，而且在团队内部也有大量的实践经验。

改进之后的整体架构如下，原生的主从架构不受影响：

需要在此基础上扩展一个数据仓库节点，数据量可以根据需要继续扩容。

表结构如下：

CREATE TABLE `receipt_12149_428` (   `id` int(11)  NOT NULL COMMENT '自增主键',   `userid` int(11)  NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '用户ID',   `action` int(11)  NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '动作',   `readtimes` int(11)  NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '阅读次数',   `create_time` datetime NOT NULL  COMMENT '创建时间' )   ;

导出的语句类似于：

select *from ${tab_name} where create_time between xxx and xxxx  into outfile '/data/dump_data/${tab_name}.csv' FIELDS TERMINATED BY ' ' ENCLOSED BY '\"';

Infobright 社区版是不支持 DDL 和 DML 的，后期 Infobright 官方宣布：不再发布 ICE 社区版，将专注于 IEE 的开发，所以后续的支持力度其实就很有限了。对于我们目前的需求来说是游刃有余。

来简单感受下 Infobright 的实力：

>select count( id) from testxxx where id>2000; +------------+ | count( id) | +------------+ |  727686205 | +------------+ 1 row in set (6.20 sec) >select count( id) from testxxxx where id<2000; +------------+ | count( id) | +------------+ |   13826684 | +------------+ 1 row in set (8.21 sec) >select count( distinct id) from testxxxx where id<2000; +---------------------+ | count( distinct id) | +---------------------+ |                1999 | +---------------------+ 1 row in set (10.20 sec)

所以对于几千万的表来说，这都不是事儿。我把 3500 万的数据导入到 Infobright 里面，5 条查询语句总共的执行时间维持在 14 秒，相比原来的 2 分多钟已经改进很大了。

我跑了下批量的查询，原本要 18 分钟，现在只需要不到 3 分钟。

引入动态调度，解决统计延迟问题

通过引入 Infobright 方案对已有的统计需求可以做到***支持，但是随之而来的一个难点就是对于数据的流转如何平滑支持。

我们可以设定流转频率，比如 10 分钟等或者半个小时，但是目前来看，这个是需要额外的脚本或工具来做的。

在具体落地的过程中，发现有一大堆的事情需要提前搞定。

其一：比如***个头疼的问题就是全量的同步，***次同步肯定是全量的，这么多的数据怎么同步到 Infobright 里面。

第二个问题，也是更为关键的，那就是同步策略是怎么设定的，是否可以支持的更加灵活。

第三个问题是基于现有的增量同步方案，需要在时间字段上添加索引。对于线上的操作而言又是一个巨大的挑战。

其二：从目前的业务需求来说，最多能够允许一个小时的统计延迟，如果后期要做大量的运营活动，需要更精确的数据支持，要得到半个小时的统计数据，按照现有的方案是否能够支持。

这两个主要的问题，任何一个解决不了，数据流转能够落地都是难题，这个问题留给我的时间只有一天。

所以我准备把前期的准备和测试做得扎实一些，后期接入的时候就会顺畅得多。

部分脚本实现如下：

脚本的输入参数有两个，一个是起始时间，一个是截止时间。***次全量同步的时候，可以把起始时间给的早一些，这样截止时间是固定的，逻辑上就是全量的。

另外全量同步的时候一定要确保主从延迟已经***或者暂时停掉查询业务，使得数据全量抽取更加顺利。

所以需要对上述脚本再做一层保证，通过计算当前时间和上一次执行的时间来得到任务可执行的时间。这样脚本就不需要参数了，这是一个动态调度的迭代过程。

考虑到每天落盘的数据量大概在 10G 左右，日志量在 30G 左右，所以考虑先使用客户端导入 Infobright 的方式来操作。

从实践来看，涉及的表有 600 多个，我先导出了一个列表，按照数据量来排序，这样小表就可以快速导入，大表放在***，整个数据量有 150G 左右，通过网络传输导入 Infobright，从导出到导入完成，这个过程大概需要 1 个小时。

而导入数据到 Infobright 之后的性能提升也是极为明显的。原来的一组查询持续时间在半个小时，现在在 70 秒钟即可完成。对于业务的体验来说大大提高。

完成了***次同步之后，后续的同步都可以根据实际的情况来灵活控制。所以数据增量同步暂时是“手动挡”控制。

从整个数据架构分离之后的效果来看，从库的压力大大降低，而效率也大大提高。

引入业务路由，平滑支持业务扩容

前面算是对现状做到了***程度的优化，但是还有一个问题，目前的架构暂时能够支撑密集型数据写入，但是不能够支持指数级别的压力请求，而且存储容量很难以扩展。

从我的理解中，业务层面来做数据路由是***的一种方式，而且从扩展上来说，也更加友好。

所以再进一层的改进方案如下：

通过数据路由来达到负载均衡，从目前来看效果是很明显的，而在后续要持续的扩容时，对于业务来说也是一种可控的方式。

以下是近期的一些优化时间段里从库的 IO 的压力情况：

经过陆续几次地解决问题、补充并跟进方案，我们完成了从最初的故障到落地成功，MySQL 性能扩展的架构优化分享也已经基本了结。如有更好的实现方式，欢迎大家在留言区交流分享!

作者：杨建荣

简介：竞技世界资深 DBA，前搜狐畅游数据库专家，*** ACE，YEP 成员。拥有近十年数据库开发和运维经验，目前专注于开源技术、运维自动化和性能调优。拥有 *** 10g OCP、OCM、MySQL OCP 认证，对 Shell、Java 有一定功底。每天通过微信、 博客进行技术分享，已连续坚持 1800 多天。

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