MySQL如何才能提高响应速度

MySQL自身的局限性，很多站点都采用了MySQL+Memcached的经典架构，甚至一些网站放弃MySQL而采用NoSQL产品。不可否认，在做一些简单查询（尤其是PK查询）的时候，很多NoSQL产品比MySQL要快很多。

一、概述

二、应用场景

MySQL自身的局限性，很多站点都采用了MySQL+Memcached的经典架构，甚至一些网站放弃MySQL而采用NoSQL产品，比如Redis/MongoDB等。不可否认，在做一些简单查询（尤其是PK查询）的时候，很多NoSQL产品比MySQL要快很多，而且前台网站上的80%以上查询都是简洁的查询业务。

MySQL通过HandlerSocket插件提供了API访问接口，在我们的基准测试中，普通的R510服务器单实例Percona/XtraDB达到了72W+QPS（纯读），如果采用更强劲的CPU增加更多的网卡，理论上可以获得更高的性能。而同等条件下Memcached仅有40W+QPS（纯读），并且在R510上Memcached单实例已经无法提升性能，因为Memcached对内存的一把大锁限制了它的并发能力。

Innodb引擎、按主键、unique key或索引搜索（也就是说它的SQL的where条件必须是这些）；支持limit 语句、IN、INSERT/UPDATE/DELETE。

• 没有主键、unique key或索引搜索不行！

• 表必须是Innodb引擎

HandlerSocket和NoSQL这两者主要的使用场景不同。HandlerSocket主要是用于改善MySQL，优化表格的增删改查以及表格的结构修改等操作，支持密集型CPU操作；而NoSQL作为缓存的功能，支持密集型I/O的操作。

因此，当有需要的时候，可以结合这两者共同工作。

三、原理

HandlerSocket是MySQL的一个插件，集成在mysqld进程中；NoSQL无法实现的复杂查询等操作，仍然使用MySQL自身的关系型数据库实现。在运维层面，原来广泛使用的MySQL主从复制等经验继续发挥作用，相比其他NoSQL产品，数据安全更有保障，原理如图：

可以看出，HandlerSocket绕过MySQL的SQL解析层（SQL Layer），直接访问MySQL存储层。另外，HandlerSocket采用epoll和worker thread/thread pooling网络架构，性能更高。

MySQL的架构是“数据库管理”和“数据管理”分离，即MySQL Server+Storage Engine的模式。MySQL Server是直接与Client交互的一层，它负责管理连接线程，解析SQL生成执行计划，管理和实现视图、触发器、存储过程等这些与具体数据操作管理无关的事情，通过调用Handler API让存储引擎去操作具体的数据。Storage Engine通过继承实现Handler API的函数，负责直接与数据交互，数据存取实现（必须实现），事务实现（可选），索引实现（可选），数据缓存实现（可选）。

HandlerSocket是在MySQL的内部组件，以MySQL Daemon Plugin的形式提供类似NoSQL的网络服务，它并不直接处理数据，只是侦听配置好的某个端口方式，接收采用NoSQL/API的通讯协议，然后通过MySQL内部的Handler API来调用存储引擎（例如InnoDB）处理数据。理论上，HanderSocket可以处理各种MySQL存储引擎，但是用MyISAM时，会出现插入的数据查不出来，这个实际上是构造行时第一字节没有初始化为0xff，初始化以后就没有问题，MyISAM也一样可以支持，但是为了更好地利用内存，用HandlerSocket都会搭配InnoDB存储引擎一起使用。

从上图可以看出，HandlerSocket作为mysql客户端和mysql的中间层，取代mysql原生的部分数据、表格处理工作，采用多线程的方式，区分DDL和DML进行操作。这样的目的是保证在复杂处理的情况下，能够高效的进行处理。

因为HandlerSocket是以MySQL Daemon Plugin形式存在，所以在应用中，可把MySQL当NoSQL使用。它最大的功能是实现了与存储引擎交互，比如InnoDB，而这不需要任何SQL方面的初始化开销。访问MySQL的TABLE时，当然也是需要open/close table的，但是它并不是每次都去open/close table，因为它会将以前访问过的table cache保存下来以重复使用，而opening/closing tables是最耗资源的，而且很容易引起互斥量的争夺，这样一来，对于提高性能非常有效。在流量变小时，HandlerSocket会close tables，所以它一般不会阻塞DDL。

HandlerSocket与MySQL+Memcached的区别在哪呢？对比图1-2和图1-3，可从中看出其不同点，图1-3展示了典型的MySQL+Memecached的应用架构。因为Memcached的get操作比MySQL的内存中或磁盘上的主键查询要快很多，所以Memcached用于缓存数据库记录。若是HandlerSocket的查询速度和相应时间能与Memcached媲美，我们就可以考虑替换Memcached缓存记录的架构层。

四、优势劣势

HandlerSocket的优势和特点

1) 支持多种查询模式

HandlerSocket目前支持索引查询（主键索引和非主键的普通索引均可），索引范围扫描，LIMIT子句，也即支持增加、删除、修改、查询完整功能，但还不支持无法使用任何索引的操作。另外支持execute_multi() 一次网络传输多个Query请求，节省网络传输时间。

2) 处理大量并发连接

HandlerSocket的连接是轻量级的，因为HandlerSocket采用epoll() 和worker-thread/thread-pooling架构，而MySQL内部线程的数量是有限的（可以由my.cnf中的handlersocket_threads/handlersocket_threads_wr参数控制），所以即使建立上千万的网络连接到HandlerSocket，也不会消耗很多内存，它的稳定性不会受到任何影响（消耗太多的内存，会造成巨大的互斥竞争等其他问题，如bug#26590，bug#33948，bug#49169）。

3) 优秀的性能

HandlerSocket的性能见文章HandlerSocket的性能测试报告描述，相对于其它NoSQL产品，性能表现一点也不逊色，它不仅没有调用与SQL相关的函数，还优化了网络/并发相关的问题：

• 更小的网络数据包：和传统 MySQL 协议相比，HandlerSocket 协议更简短，因此整个网络的流量更小。

• 运行有限的MySQL内部线程数：参考上面的内容。

• 将客户端请求分组：当大量的并发请求到达HandlerSocket时，每个工作线程尽可能多地聚集请求，然后同时执行聚集起来的请求和返回结果。这样，通过牺牲一点响应时间，而大大地提高性能。例如，可以减少fsync()调用的次数，减少复制延迟。

4) 无重复缓存

当使用Memcached缓存MySQL/InnoDB记录时，在Memcached和InnoDB Buffer Pool中均缓存了这些记录，因此效率非常低（实际上有两份数据，Memcached本身可能还需要做HA支持），而采用 HandlerSocket插件, 它直接访问 InnoDB 存储引擎，记录缓存在InnoDB Buffer Pool，于是其它SQL语句还可以重复使用缓存的数据。

5) 无数据不一致的现象

由于数据只存储在一个地方（InnoDB存储引擎缓存区内)，不像使用Memcached时，需要在Memcached和MySQL之间维护数据一致性。

6) 崩溃安全

后端存储是InnoDB引擎，支持事务的ACID特性，能确保事务的安全性，即使设置innodb_flush_log_at_trx_commit=2，若数据库服务器崩溃时，也只会丢掉<= 1s的数据。

7) SQL/NOSQL并存

在许多情况下，我们仍然希望使用SQL（例如复杂的报表查询），而大多数NoSQL产品都不支持SQL接口，HandlerSocket仅仅是一个 MySQL 插件，我们依然可以通过MySQL客户端发送SQL语句，但当需要高吞吐量和快速响应时，则使用 HandlerSocket。

8) 继承MySQL的功能

因为HandlerSocket运行于MySQL，因此所有MySQL的功能依然被支持，例如：SQL、在线备份、复制、HA、监控等等。

9) 不需要修改/重建MySQL

因为HandlerSocket是一个插件并且开源，所以它支持从任何MySQL源码、甚至是第三方版本（例如Percona）构建，而无需对MySQL做出任何修改。

10) 独立于存储引擎

虽然我们只测试了MySQL-EnterpriseInnoDB和Percona XtraDB插件，但HandlerSocket理论上可以和任何存储引擎交互。MyISAM通过简单的修改也是可以被支持的，但是从数据缓存而利用内存的角度看这个意义不大。

HandlerSocket的缺陷和注意事项

1) 协议不兼容

HandlerSocket API与Memcached API并不兼容，尽管它很容易使用，但仍然需要一点学习来学会如何与HandlerSocket交互。不过我们可以通过重载Memecached函数来翻译到HandlerSocket API。

2) 没有安全功能

与其它NoSQL数据库类似，HandlerSocket不支持安全功能，HandlerSocket的工作线程以系统用户权限运行，因此应用程序可以通过HandlerSocket协议访问所有的表对象，但是可以通过简单的修改协议，在my.cnf中增加一个配置项为密码，连接时通过这个配置的密码验证，当然也可以通过网络防火墙来过滤数据包。

3) 对于磁盘IO密集的场景没有优势

对于IO密集的应用场景，数据库每秒无法执行数千次查询，通常只有1-10%的CPU利用率，在这种情况下，SQL解析不会成为性能瓶颈，因此使用HandlerSocket没有什么优势，应当只在数据完全装载到内存的服务器上使用 HandlerSocket。但是对于PCI-E SSD（例如Fusion-IO）设备，每秒可以提供4w+ IOPS，并且IO设备本身消耗CPU比较大，使用HandlerSocket依然具有优势。

五、安装

注意：书上的安装方式已经过时了，版本也较低，不建议使用，建议使用官方的文档进行安装，Github地址：https://github.com/DeNA/HandlerSocket-Plugin-for-MySQL

安装文档：https://github.com/DeNA/HandlerSocket-Plugin-for-MySQL/blob/master/docs-en/installation.en.txt

下载源码：可以通过github直接git clone或者是下载也行

安装步骤：

1. build Handlersocket

./autogen.sh
./configure --with-mysql-source=/work/mysql-5.1.50 --with-mysql-bindir=/work/mysql-5.1.50-linux-x86_64-glibc23/bin  --with-mysql-plugindir=/work/mysql-5.1.50-linux-x86_64-glibc23/lib/plugin

注意：

• with-mysql-source：MySQL源代码目录
• with-mysql-bindir：MySQL二进制可执行文件目录（mysql_config所在目录）
• with-mysql-plugindir：MySQL插件目录

2. 编译

make && make install

3. 配置

编译之后HandleSocket还不能使用，还需要在MySQL配置文件（my.cnf）中增加以下配置：

[mysqld]
# 绑定读请求端口
loose_handlersocket_port = 9998
# 绑定写请求端口
loose_handlersocket_port_wr = 9999
# 读请求线程数
loose_handlersocket_threads = 16
# 写请求线程数
loose_handlersocket_threads_wr = 16
# 设置最大接收连接数
open_files_limit = 65535

这里增加的这些主要是针对HandleSocket的配置，它有两个端口，9998读数据，9999写数据，但通过9998读的效率更高，这里设置处理读写的线程数均为16个，另外为了处理更多并发连接，设置能打开的文件描述符个数为65535

此外，InnoDB的innodb_buffer_pool_size或MyISAM的key_buffy_size配置选项关系到缓存索引，所以尽可能设置大一些，这样才能发挥HandleSocket的潜力。

4. 激活HandleSocket

登陆MySQL执行

mysql> install plugin handlersocket soname 'handlersocket.so';

可以通过show processlist或show plugins来看到HandleSocket

最后需要安装PHP的扩展包PHP HandlerSocket

安装文档：https://github.com/tz-lom/HSPHP

PHP用法：

Select

<?php 
$c = new \HSPHP\ReadSocket();
$c->connect();
$id = $c->getIndexId(&#39;data_base_name&#39;, &#39;table_name&#39;, &#39;&#39;, &#39;id,name,some,thing,more&#39;);
$c->select($id, &#39;=&#39;, array(42)); // SELECT WITH PRIMARY KEY
$response = $c->readResponse();

//SELECT with IN statement
$c = new \HSPHP\ReadSocket();
$c->connect();
$id = $c->getIndexId(&#39;data_base_name&#39;, &#39;table_name&#39;, &#39;&#39;, &#39;id,name,some,thing,more&#39;);
$c->select($id, &#39;=&#39;, array(0), 0, 0, array(1,42,3));
$response = $c->readResponse();

Update

<?php
$c = new \HSPHP\WriteSocket();
$c->connect(&#39;localhost&#39;,9999);
$id = $c->getIndexId(&#39;data_base_name&#39;,&#39;table_name&#39;,&#39;&#39;,&#39;k,v&#39;);
$c->update($id,&#39;=&#39;,array(100500),array(100500,42)); // Update row(k,v) with id 100500 to  k = 100500, v = 42
$response = $c->readResponse(); // Has 1 if OK

$c = new \HSPHP\WriteSocket();
$c->connect(&#39;localhost&#39;,9999);
$id = $c->getIndexId(&#39;data_base_name&#39;,&#39;table_name&#39;,&#39;&#39;,&#39;k,v&#39;);
$c->update($id,&#39;=&#39;,array(100500),array(100500,42), 2, 0, array(100501, 100502)); // Update rows where k IN (100501, 100502)
$response = $c->readResponse(); // Has 1 if OK

Delete

<?php
$c = new \HSPHP\WriteSocket();
$c->connect(&#39;localhost&#39;,9999);
$id = $c->getIndexId(&#39;data_base_name&#39;,&#39;table_name&#39;,&#39;&#39;,&#39;k,v&#39;);
$c->delete($id,&#39;=&#39;,array(100500));
$response = $c->readResponse(); //return 1 if OK

Insert

<?php
$c = new \HSPHP\WriteSocket();
$c->connect(&#39;localhost&#39;,9999);
$id = $c->getIndexId(&#39;data_base_name&#39;,&#39;table_name&#39;,&#39;&#39;,&#39;k,v&#39;);
$c->insert($id,array(100500,&#39;test\nvalue&#39;));
$response = $c->readResponse(); //return array() if OK

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