Mycat的原理和应用实践

2023-04-25 微信公众号 andflow

当下，随着数据量的不断增长和互联网应用的不断扩展，数据库成为了很多企业和团队不可或缺的一部分。然而，随着数据库规模的不断扩大，数据库的性能和扩展性也成为了很多企业和团队需要面对的挑战。而mycat中间件作为一个开源的、高性能的数据库中间件，为解决这些问题提供了一种可行的方案。 Mycat用于解决数据库单机性能瓶颈问题和数据分片问题、跨数据库应用问题、提高数据库的可用性和可扩展性等方面，具有许多优势和特点。

本文将介绍mycat中间件的原理、应用场景及DEMO以及注意事项。

Mycat的原理

Mycat的原理是将一个大的MySQL数据库分成多个小的MySQL数据库，每个小的MySQL数据库称为一个分片，每个分片都可以独立扩展和管理。Mycat作为中间件，位于应用程序和MySQL数据库之间，接收应用程序的SQL请求，将SQL请求解析后路由到相应的分片上执行，然后将结果返回给应用程序。Mycat还支持读写分离、数据分片、数据备份等功能，提高了MySQL数据库的可用性和可扩展性。

Mycat作为分布式数据库中间件，其执行过程如下图所示：

总的来说Mycat支持以下几个特性：

(1)读写分离：读写分离是建立在主从结构之上，让主节点去承载写操作，从节点承载读操作，这样做的目的就是可以分担主节点的压力，提升主从结构的整体效率。

(2)垂直拆分：简单来说就是mycat中的表（不同的表）可以对接多个不同的数据库。

(3)水平拆分：mycat中的表（一张表）是由多个数据库中的表组合而成。

目前Mycat支持大部分主流的数据库：

MySQL
MariaDB
Oracle
SQL Server
PostgreSQL
MongoDB
redis
HBase
ClickHouse
OceanBase
TiDB
Elasticsearch
InfluxDB
Vertica
Greenplum

Mycat的使用案例

（1）实现数据分片

Mycat可以将一个大的MySQL数据库分成多个小的MySQL数据库，每个小的MySQL数据库称为一个分片。数据分片可以解决MySQL单机性能瓶颈问题和数据分散问题。例如，一个电商网站的订单数据可以分成多个分片存储，提高了系统的并发性能和扩展性。

以下是一个简单的Mycat数据分片的示例：

首先，我们需要创建两个MySQL数据库实例，例如db1和db2，并将它们配置为主从复制。确保两个实例的数据相同。

然后，我们需要在Mycat中配置数据分片规则。在Mycat的server.xml中，添加以下配置：

<dataHost name="db1" maxCon="1000" minCon="10" balance="0" writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="native" switchType="1" slaveThreshold="100"> <heartbeat>select user()</heartbeat> <writeHost host="host1" url="jdbc:mysql://host1:3306/test" user="root" password="123456"/> <readHost host="host1" url="jdbc:mysql://host1:3306/test" user="root" password="123456"/> </dataHost>


    <dataHost name="db2" maxCon="1000" minCon="10" balance="0"            writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="native" switchType="1" slaveThreshold="100">        <heartbeat>select user()</heartbeat>        <writeHost host="host2" url="jdbc:mysql://host2:3306/test" user="root" password="123456"/>        <readHost host="host2" url="jdbc:mysql://host2:3306/test" user="root" password="123456"/>    </dataHost>

    <dataNode name="dn1" dataHost="db1" database="test" />    <dataNode name="dn2" dataHost="db2" database="test" />

    <rule name="rule1">        <table name="user" primaryKey="id" />        <ruleColumn name="id" />        <rule>            <when>                <condition column="id" algorithm="mod" value="2" />            </when>            <then>                <dataNode name="dn1" />            </then>            <otherwise>                <dataNode name="dn2" />            </otherwise>        </rule>    </rule>

在上述配置中，我们定义了两个数据节点（dataNode），分别对应db1和db2数据库实例。我们还定义了一个名为“rule1”的规则，它将user表根据id字段进行分片。如果id是偶数，则将数据插入到dn1（即db1）中，否则将数据插入到dn2（即db2）中。

接着，我们可以测试配置是否正常工作。我们可以使用以下命令在Mycat中查询user表：

select * from user;

根据id字段的值，查询将转发到相应的数据库实例。如果id为偶数，则查询将在db1中进行，否则将在db2中进行。

（2）实现读写分离

读写分离是实现高可用、高性能的重要手段之一。Mycat通过读写分离可以提高了数据库的读写性能，下面是使用Mycat和MySQL实现读写分离的例子。

首先需要安装Mycat和MySQL，并配置好相关参数。具体的安装过程这里不再赘述。

接着，配置Mycat的server.xml

在Mycat的conf目录下，找到server.xml文件，配置如下：

<?xml version="1.0"?><!DOCTYPE server SYSTEM "server.dtd"><server>  <dataHost name="db1" maxCon="1000" minCon="10" balance="0" writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="native" switchType="1"> <heartbeat>select user()</heartbeat> <writeHost host="master" url="127.0.0.1:3306" user="root" password="123456"> <readHost host="slave1" url="127.0.0.1:3307" user="root" password="123456"/> <readHost host="slave2" url="127.0.0.1:3308" user="root" password="123456"/> </writeHost> </dataHost>  <dataNode name="dn1" dataHost="db1" database="test" />  <tableRule name="user" dataNode="dn1" ruleType="hash"> <rule> <column>id</column> <algorithm>mod</algorithm> </rule> </tableRule></server>

配置了一个名为db1的数据源，包含一个写库和两个读库。定义了一个数据源路由规则，将数据源路由到dn1节点上。还定义了一个表分片规则，将user表按照id列进行hash分片。

另外，还需要在MySQL的配置文件my.cnf中配置如下参数：

主数据库配置

[mysqld]log-bin=mysql-bin #开启二进制日志server-id=1 #配置MySQL实例的ID，必须唯一

从数据库配置

[mysqld]relay-log=mysql-relay-bin #从库开启中继日志read-only=1 #从库只读server-id=2 #配置MySQL实例的ID，必须唯一

需要注意的是，每个MySQL实例需要配置不同的server-id参数，保证唯一性。

通过以上配置，我们已经完成了Mycat和MySQL的相关配置。当向MySQL中写入数据时，需要使用Mycat的写库。当从MySQL中读取数据时，可以使用Mycat的任意一个读库。

（3）数据备份

Mycat支持数据备份，可以将数据备份到多个MySQL服务器上，提高了数据库的可用性和可靠性。例如，一个电商网站的订单数据可以备份到多个MySQL服务器上，即使其中一个服务器出现故障，数据依然可以恢复。这里提供一个简单的Demo，演示如何在Mycat中进行数据备份，并将备份数据复制到多台MySQL服务器上：

首先，在Mycat的conf/目录下创建一个新的文件夹 backup，用于存储备份数据。

接着，修改conf/schema.xml文件，添加以下配置：

<schema name="TESTDB" checkSQLschema="false" sqlMaxLimit="100" dataNode="dn1,dn2">    <table name="t_order"/>    <dataNode name="dn1" dataHost="localhost" database="test" />    <dataNode name="dn2" dataHost="192.168.1.100" database="test" />    <dataHost name="localhost" maxCon="1000" minCon="10" balance="0" writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="native" switchType="1"  slaveThreshold="100">        <heartbeat>select user()</heartbeat>        <writeHost host="hostM1" url="jdbc:mysql://localhost:3306/test" user="root" password="123456">            <readHost host="hostS1" url="jdbc:mysql://localhost:3306/test" user="root" password="123456" />            <readHost host="hostS2" url="jdbc:mysql://localhost:3306/test" user="root" password="123456" />        </writeHost>    </dataHost>    <dataHost name="192.168.1.100" maxCon="1000" minCon="10" balance="0" writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="native" switchType="1"  slaveThreshold="100">        <heartbeat>select user()</heartbeat>        <writeHost host="hostM2" url="jdbc:mysql://192.168.1.100:3306/test" user="root" password="123456">            <readHost host="hostS3" url="jdbc:mysql://192.168.1.100:3306/test" user="root" password="123456" />            <readHost host="hostS4" url="jdbc:mysql://192.168.1.100:3306/test" user="root" password="123456" />        </writeHost>    </dataHost>    <backupNode name="backup" basePath="/data/backup">        <dataHost host="localhost" name="backup1" />        <dataHost host="192.168.1.100" name="backup2" />    </backupNode></schema>

接着，在conf/server.xml文件中，添加以下配置：

<system> <property name="user" value="root"/> <property name="password" value="123456"/> <property name="useSqlStat" value="true"/> <property name="sequnceHandlerType" value="1"/> <property name="useGlobleTableCheck" value="false" /> <property name="useHeartbeat" value="true" /> <property name="heartBeatPeriod" value="3000" /> <property name="backupTime" value="03:00:00" /> <property name="backupPath" value="/data/backup"/> <property name="backupNode" value="backup"/></system>

以上配置中，backupTime属性用于设置备份时间，backupPath属性用于设置备份数据存储路径，backupNode属性用于指定备份数据存储节点。

最后，启动Mycat服务，当备份时间到达时，Mycat会自动将数据备份到指定的备份节点。可以通过SCP或其他工具将备份数据从备份节点复制到多个MySQL服务器上。

（4）分布式事务

Mycat支持分布式事务，可以将多个MySQL数据库上的事务合并为一个分布式事务，保证数据的一致性和可靠性。

下面是一个简单的Mycat分布式事务的DEMO。假设我们有两个MySQL数据库，在Mycat的server.xml中配置两个数据源：

<dataHost name="db1" ...> <heartbeat>...</heartbeat> <writeHost host="host1" url="jdbc:mysql://host1:3306/db1?useUnicode=true" user="root" password="root"/> <readHost host="host2" url="jdbc:mysql://host2:3306/db1?useUnicode=true" user="root" password="root"/></dataHost>


<dataHost name="db2" ...>    <heartbeat>...</heartbeat>    <writeHost host="host3" url="jdbc:mysql://host3:3306/db2?useUnicode=true" user="root" password="root"/>    <readHost host="host4" url="jdbc:mysql://host4:3306/db2?useUnicode=true" user="root" password="root"/></dataHost>

然后在Mycat的schema.xml中定义两个schema，每个schema使用一个数据源：

<schema name="db1_schema" dataNode="dn1,dn2" group="group1">    <table name="t_order" primaryKey="id" dataNode="dn1,dn2"/></schema>

<schema name="db2_schema" dataNode="dn3,dn4" group="group1">    <table name="t_order_item" primaryKey="id" dataNode="dn3,dn4"/></schema>

Mycat使用2PC（Two-Phase Commit）协议来实现分布式事务。当一个事务跨越多个MySQL数据库时，Mycat会将这个事务分成多个子事务，每个子事务对应一个MySQL数据库上的事务。Mycat会作为分布式事务的协调者，负责协调各个子事务的提交或回滚。

在Mycat中，每个数据源对应一个DataNode，每个DataNode对应一个MySQL数据库。当一个事务涉及到多个DataNode时，Mycat会将这些DataNode放到同一个Group中。在Mycat中，Group是一个逻辑概念，用来表示一组具有相同特性的DataNode。Mycat将Group看作一个整体，对外提供统一的服务。当一个事务涉及到多个DataNode时，Mycat会将这些DataNode放到同一个Group中，然后在Group内部进行协调。

当一个事务涉及到多个DataNode时，Mycat会将这个事务分成多个子事务，每个子事务对应一个DataNode上的事务。Mycat会将这些子事务放到一个分布式事务中，然后将分布式事务提交或回滚。在分布式事务提交或回滚时，Mycat会使用2PC协议来保证数据的一致性和可靠性。

下面是一个JAVA调用Mycat实现分布式事务的DEMO。

public void test() throws Exception {    Connection conn = null;    try {        // 获取Mycat连接        Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");        conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://127.0.0.1:8066/testdb?user=user1&password=123456&useUnicode=true&characterEncoding=utf8");        conn.setAutoCommit(false);

        // 在db1中插入一条订单记录        Statement stmt1 = conn.createStatement();        stmt1.executeUpdate("insert into t_order (id, user_id, amount) values (1, 1, 100)");        stmt1.close();

        // 获取db2连接        Connection conn2 = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://127.0.0.1:8066/testdb2?user=user1&password=123456&useUnicode=true&characterEncoding=utf8");        conn2.setAutoCommit(false);

        // 在db2中插入一条订单明细记录        Statement stmt2 = conn2.createStatement();        stmt2.executeUpdate("insert into t_order_item (id, order_id, product_id, price, quantity) values (1, 1, 1, 50, 2)");        stmt2.close();

        // 提交事务        conn.commit();        conn2.commit();    } catch (Exception e) {        // 回滚事务        if (conn != null) {            conn.rollback();        }        if (conn2 != null) {            conn2.rollback();        }        throw e;    } finally {        // 关闭连接        if (conn != null) {            conn.close();        }        if (conn2 != null) {            conn2.close();        }    }}

在这个DEMO中，我们先获取Mycat连接，然后在db1中插入一条订单记录，在db2中插入一条订单明细记录。最后提交事务。如果在提交事务过程中发生异常，我们就回滚事务。在回滚事务时，我们需要对每个数据源都进行回滚。

Mycat的缺陷和注意事项

mycat中间件作为一个开源的、高性能的数据库中间件，在使用过程中需要注意以下几点缺陷和注意事项：

（1）. 数据一致性问题：由于mycat采用的是分片复制的方式，数据的复制和同步存在一定的延迟，可能会导致数据不一致的问题。

（2）. 连接池问题：mycat采用的是自己的连接池，需要在配置文件中进行配置，如果连接池设置不当，可能会导致连接池满了无法连接的情况。

（3）. SQL转换问题：mycat对SQL进行了转换，可能会导致某些SQL无法正确执行，需要在配置文件中进行相应的设置。

（4）. 负载均衡问题：mycat的负载均衡算法可能存在一定的不均衡，需要根据实际情况进行调整。

（5）. 安全问题：mycat作为一个中间件，需要在配置文件中进行相应的安全设置，防止数据泄露或者被攻击。

mycat作为一个开源的、高性能的数据库中间件，需要在使用过程中根据实际情况进行相应的配置和调整，才能达到最优的效果。

总结

Mycat是一款开源的分布式数据库中间件，可以解决MySQL单机性能瓶颈问题和数据分片问题，提高了数据库的可用性和可扩展性。Mycat支持数据分片、读写分离、数据备份和分布式事务等功能，适用于高并发、海量数据的应用场景。

但在使用中也需要结合实际，理解Mycat的缺点和可能存在的问题，根据具体场景和需求选择是否使用，配置适合的参数。