Get MySQL這5個優化技巧，你將如虎添翼

一個成熟的數據庫架構並非一開始設計就具有高可用、高伸縮等特性的，它是隨着用戶量的增長，基礎架構才逐漸完善。這篇文章主要談談MySQL數據庫在發展週期中所面臨的問題及優化方案，暫且拋開前端應用不說，大體分爲如下五個階段：

 

階段一：數據庫表設計

項目立項後，開發部門根據產品部門需求開發項目。

開發工程師在開發項目初期會對錶結構設計。對於數據庫來講，表結構設計很重要，若是設計不當，會直接影響到用戶訪問網站速度，用戶體驗很差！這種狀況具體影響因素有不少，例如慢查詢（低效的查詢語句）、沒有適當創建索引、數據庫堵塞（鎖）等。固然，有測試部門的團隊，會作產品測試，找Bug。

因爲開發工程師重視點不一樣，初期不會考慮太多數據庫設計是否合理，而是儘快完成功能實現和交付。等項目上線有必定訪問量後，隱藏的問題就會暴露，這時再去修改就不是這麼容易的事了！

階段二：數據庫部署

是時候運維工程師出場了，項目上線。

項目初期訪問量通常是寥寥無幾，此階段Web+數據庫單臺部署足以應對在1000左右的QPS（每秒查詢率）。考慮到單點故障，應作到高可用性，可採用MySQL主從複製+Keepalived實現雙機熱備。主流HA軟件有：Keepalived（推薦）、Heartbeat。

階段三：數據庫性能優化

若是將MySQL部署到普通的X86服務器上，在不通過任何優化狀況下，MySQL理論值正常能夠處理1500左右QPS，通過優化後，有可能會提高到2000左右QPS。不然，訪問量當達到1500左右併發鏈接時，數據庫處理性能可能響應就會慢，並且硬件資源還比較富裕，這時就該考慮性能優化問題了。那麼怎樣能讓數據庫發揮最大性能呢？主要從硬件配置、數據庫配置、架構方面着手，具體分爲如下：

3.1 硬件配置

若是有條件必定要SSD固態硬盤代替SAS機械硬盤，將RAID級別調整爲RAID1+0，相對於RAID1和RAID5有更好的讀寫性能，畢竟數據庫的壓力主要來自磁盤I/O方面。

Linux內核有一個特性，會從物理內存中劃分出緩存區（系統緩存和數據緩存）來存放熱數據，經過文件系統延遲寫入機制，等知足條件時（如緩存區大小到達必定百分比或者執行sync命令）纔會同步到磁盤。也就是說物理內存越大，分配緩存區越大，緩存數據越多。固然，服務器故障會丟失必定的緩存數據。建議物理內存至少富裕50%以上。

3.2 數據庫配置優化

MySQL應用最普遍的有兩種存儲引擎：一個是MyISAM，不支持事務處理，讀性能處理快，表級別鎖。另外一個是InnoDB，支持事務處理（ACID屬性），設計目標是爲大數據處理，行級別鎖。

表鎖：開銷小，鎖定粒度大，發生死鎖機率高，相對併發也低。

行鎖：開銷大，鎖定粒度小，發生死鎖機率低，相對併發也高。

爲何會出現表鎖和行鎖呢？主要爲保證數據完整性。舉個例子，一個用戶在操做一張表，其餘用戶也想操做這張表，那麼就要等第一個用戶操做完，其餘用戶才能操做，表鎖和行鎖就是這個做用。不然多個用戶同時操做一張表，確定會數據產生衝突或者異常。

根據這些方面看，使用InnoDB存儲引擎是最好的選擇，也是MySQL5.5+版本默認存儲引擎。每一個存儲引擎相關運行參數比較多，如下列出可能影響數據庫性能的參數。

公共參數默認值：

max_connections = 151
# 同時處理最大鏈接數，建議設置最大鏈接數是上限鏈接數的80%左右
sort_buffer_size = 2M
# 查詢排序時緩衝區大小，只對order by和group by起做用，建議增大爲16M
open_files_limit = 1024
# 打開文件數限制，若是show global status like 'open_files'查看的值等於或者大於open_files_limit值時，程序會沒法鏈接數據庫或卡死

MyISAM參數默認值：

key_buffer_size = 16M
# 索引緩存區大小，通常設置物理內存的30-40%
read_buffer_size = 128K
# 讀操做緩衝區大小，建議設置16M或32M
query_cache_type = ON
# 打開查詢緩存功能
query_cache_limit = 1M
# 查詢緩存限制，只有1M如下查詢結果纔會被緩存，以避免結果數據較大把緩存池覆蓋
query_cache_size = 16M
# 查看緩衝區大小，用於緩存SELECT查詢結果，下一次有一樣SELECT查詢將直接從緩存池返回結果，可適當成倍增長此值

InnoDB參數默認值：

innodb_buffer_pool_size = 128M
# 索引和數據緩衝區大小，建議設置物理內存的70%左右
innodb_buffer_pool_instances = 1
# 緩衝池實例個數，推薦設置4個或8個
innodb_flush_log_at_trx_commit = 1
# 關鍵參數，0表明大約每秒寫入到日誌並同步到磁盤，數據庫故障會丟失1秒左右事務數據。1爲每執行一條SQL後寫入到日誌並同步到磁盤，I/O開銷大，執行完SQL要等待日誌讀寫，效率低。2表明只把日誌寫入到系統緩存區，再每秒同步到磁盤，效率很高，若是服務器故障，纔會丟失事務數據。對數據安全性要求不是很高的推薦設置2，性能高，修改後效果明顯。

innodb_file_per_table = OFF
# 是否共享表空間，5.7+版本默認ON，共享表空間idbdata文件不斷增大，影響必定的I/O性能。建議開啓獨立表空間模式，每一個表的索引和數據都存在本身獨立的表空間中，能夠實現單表在不一樣數據庫中移動。
innodb_log_buffer_size = 8M
# 日誌緩衝區大小，因爲日誌最長每秒鐘刷新一次，因此通常不用超過16M

3.3 系統內核參數優化

大多數MySQL都部署在linux系統上，因此操做系統的一些參數也會影響到MySQL性能，如下對Linux內核參數進行適當優化

net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
# TIME_WAIT超時時間，默認是60s
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
# 1表示開啓複用，容許TIME_WAIT socket從新用於新的TCP鏈接，0表示關閉
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
# 1表示開啓TIME_WAIT socket快速回收，0表示關閉
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 4096
# 系統保持TIME_WAIT socket最大數量，若是超出這個數，系統將隨機清除一些TIME_WAIT並打印警告信息
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 4096
# 進入SYN隊列最大長度，加大隊列長度可容納更多的等待鏈接

在Linux系統中，若是進程打開的文件句柄數量超過系統默認值1024，就會提示「too many files open」信息，因此要調整打開文件句柄限制。

重啓永久生效：

# vi /etc/security/limits.conf
* soft nofile 65535
* hard nofile 65535

當前用戶當即生效：

# ulimit -SHn 65535

階段四：數據庫架構擴展

隨着業務量愈來愈大，單臺數據庫服務器性能已沒法知足業務需求，該考慮增長服務器擴展架構了。主要思想是分解單臺數據庫負載，突破磁盤I/O性能，熱數據存放緩存中，下降磁盤I/O訪問頻率。

4.1 增長緩存

給數據庫增長緩存系統，把熱數據緩存到內存中，若是緩存中有請求的數據就再也不去請求MySQL，減小數據庫負載。緩存實現有本地緩存和分佈式緩存，本地緩存是將數據緩存到本地服務器內存中或者文件中。分佈式緩存能夠緩存海量數據，擴展性好，主流的分佈式緩存系統：memcached、redis，memcached性能穩定，數據緩存在內存中，速度很快，QPS理論可達8w左右。若是想數據持久化就選擇用redis，性能不低於memcached。

工做過程：

4.2 主從複製與讀寫分離

在生產環境中，業務系統一般讀多寫少，可部署一主多從架構，主數據庫負責寫操做，並作雙機熱備，多臺從數據庫作負載均衡，負責讀操做。主流的負載均衡器：LVS、HAProxy、Nginx。

怎麼來實現讀寫分離呢？大多數企業是在代碼層面實現讀寫分離，效率高。另外一個種方式經過代理程序實現讀寫分離，企業中應用較少，會增長中間件消耗。主流中間件代理系統有MyCat、Atlas等。

在這種MySQL主從複製拓撲架構中，分散單臺負載，大大提升數據庫併發能力。若是一臺從服務器能處理1500 QPS，那麼3臺就能處理4500 QPS，並且容易橫向擴展。

有時，面對大量寫操做的應用時，單臺寫性能達不到業務需求。就能夠作雙向複製（雙主），但有個問題得注意：兩臺主服務器若是都對外提供讀寫操做，就可能遇到數據不一致現象，產生這個緣由是程序有同時操做兩臺數據庫概率，同時的更新操做會形成兩臺數據庫數據發生衝突或者不一致。

可設置每一個表ID字段自增惟一：auto_increment_increment和auto_increment_offset，也能夠寫算法生成隨機惟一。

官方近兩年推出的MGR（多主複製）集羣也能夠考慮下。

4.3 分庫

分庫是根據業務將數據庫中相關的表分離到不一樣的數據庫中，例如web、bbs、blog等庫。若是業務量很大，還可將分離後的數據庫作主從複製架構，進一步避免單庫壓力過大。

4.4 分表

數據量的日劇增長，數據庫中某個表有幾百萬條數據，致使查詢和插入耗時太長，怎麼能解決單表壓力呢？你應該考慮把這個表拆分紅多個小表，來減輕單個表的壓力，提升處理效率，此方式稱爲分表。

分表技術比較麻煩，要修改程序代碼裏的SQL語句，還要手動去建立其餘表，也能夠用merge存儲引擎實現分表，相對簡單許多。分表後，程序是對一個總表進行操做，這個總表不存放數據，只有一些分表的關係，以及更新數據的方式，總表會根據不一樣的查詢，將壓力分到不一樣的小表上，所以提升併發能力和磁盤I/O性能。

分表分爲垂直拆分和水平拆分：

• 垂直拆分：把原來的一個不少字段的表拆分多個表，解決表的寬度問題。你能夠把不經常使用的字段單獨放到一個表中，也能夠把大字段獨立放一個表中，或者把關聯密切的字段放一個表中。
• 水平拆分：把原來一個表拆分紅多個表，每一個表的結構都同樣，解決單表數據量大的問題。

4.5 分區

分區就是把一張表的數據根據表結構中的字段（如range、list、hash等）分紅多個區塊，這些區塊能夠在一個磁盤上，也能夠在不一樣的磁盤上，分區後，表面上仍是一張表，但數據散列在多個位置，這樣一來，多塊硬盤同時處理不一樣的請求，從而提升磁盤I/O讀寫性能。

注：增長緩存、分庫、分表和分區主要由程序猿或DBA來實現。

階段五：數據庫維護

數據庫維護是數據庫工程師或運維工程師的工做，包括系統監控、性能分析、性能調優、數據庫備份和恢復等主要工做。

5.1 性能狀態關鍵指標

專業術語：QPS（Queries Per Second，每秒查詢書）和TPS（Transactions Per Second）

經過show status查看運行狀態，會有300多條狀態信息記錄，其中有幾個值幫能夠咱們計算出QPS和TPS，以下：

Uptime：服務器已經運行的實際，單位秒

Questions：已經發送給數據庫查詢數

Com_select：查詢次數，實際操做數據庫的

Com_insert：插入次數

Com_delete：刪除次數

Com_update：更新次數

Com_commit：事務次數

Com_rollback：回滾次數

那麼，計算方法來了，基於Questions計算出QPS

mysql> show global status like 'Questions';
mysql> show global status like 'Uptime';
QPS = Questions / Uptime

基於Com_commit和Com_rollback計算出TPS：

mysql> show global status like 'Com_commit';
mysql> show global status like 'Com_rollback';
mysql> show global status like 'Uptime';
TPS = (Com_commit + Com_rollback) / Uptime

另外一計算方式：

基於Com_select、Com_insert、Com_delete、Com_update計算出QPS：   

mysql> show global status where Variable_name in('com_select','com_insert','com_delete','com_update');

等待1秒再執行，獲取間隔差值，第二次每一個變量值減去第一次對應的變量值，就是QPS。

TPS計算方法：

mysql> show global status where Variable_name in('com_insert','com_delete','com_update');

計算TPS，就不算查詢操做了，計算出插入、刪除、更新四個值便可。

經網友對這兩個計算方式的測試得出，當數據庫中myisam表比較多時，使用Questions計算比較準確。當數據庫中innodb表比較多時，則以Com_*計算比較準確。

5.2 開啓慢查詢日誌

MySQL開啓慢查詢日誌，分析出哪條SQL語句比較慢，支持動態開啓：

mysql> set global slow-query-log=on
# 開啓慢查詢日誌
mysql> set global slow_query_log_file='/var/log/mysql/mysql-slow.log';
# 指定慢查詢日誌文件位置
mysql> set global log_queries_not_using_indexes=on;
# 記錄沒有使用索引的查詢
mysql> set global long_query_time=1;
# 只記錄處理時間1s以上的慢查詢

分析慢查詢日誌，可使用MySQL自帶的mysqldumpslow工具，分析的日誌較爲簡單。  

mysqldumpslow -t 3 /var/log/mysql/mysql-slow.log
# 查看最慢的前三個查詢

也可使用percona公司的pt-query-digest工具，日誌分析功能全面，可分析slow log、binlog、general log。

分析慢查詢日誌：pt-query-digest /var/log/mysql/mysql-slow.log

分析binlog日誌：mysqlbinlog mysql-bin.000001 >mysql-bin.000001.sql

pt-query-digest --type=binlog mysql-bin.000001.sql

分析普通日誌：pt-query-digest --type=genlog localhost.log

5.3 數據庫備份

備份數據庫是最基本的工做，也是最重要的，不然後果很嚴重，你懂得！高頻率的備份策略，選用一個穩定快速的工具相當重要。數據庫大小在2G之內，建議使用官方的邏輯備份工具mysqldump。超過2G以上，建議使用percona公司的物理備份工具xtrabackup，不然慢的跟蝸牛似得。這兩個工具都支持InnoDB存儲引擎下熱備，不影響業務讀寫操做。

5.4 數據庫修復

有時候MySQL服務器忽然斷電、異常關閉，會致使表損壞，沒法讀取表數據。這時就能夠用到MySQL自帶的兩個工具進行修復，myisamchk和mysqlcheck。前者只能修復MyISAM表，而且中止數據庫，後者MyISAM和InnoDB均可以，在線修復。

注意：修復前最好先備份數據庫。

myisamchk經常使用參數：

-f --force    強制修復，覆蓋老的臨時文件，通常不使用

-r --recover  恢復模式

-q --quik     快速恢復

-a --analyze  分析表

-o --safe-recover 老的恢復模式，若是-r沒法修復，可使用此參數試試

-F --fast     只檢查沒有正常關閉的表

例如：myisamchk -r -q *.MYI

mysqlcheck經常使用參數：

-a  --all-databases  檢查全部的庫

-r  --repair   修復表

-c  --check    檢查表，默認選項

-a  --analyze  分析表

-o  --optimize 優化表

-q  --quik   最快檢查或修復表

-F  --fast   只檢查沒有正常關閉的表

例如：mysqlcheck -r -q -uroot -p123456 weibo

5.5 MySQL服務器性能分析

重點關注：

• id：CPU利用率百分比，平均小於60%正常，但已經比較繁忙了。
• wa：CPU等待磁盤IO響應時間，通常大於5說明磁盤讀寫量大。

KB_read/s、KB_wrtn/s 每秒讀寫數據量，主要根據磁盤每秒最高讀寫速度評估。

r/s、w/s：每秒讀寫請求次數，能夠理解爲IOPS（每秒輸入輸出量），是衡量磁盤性能的主要指標之一。

await：IO平均每秒響應時間，通常大於5說明磁盤響應慢，超過自身性能。

util：磁盤利用率百分比，平均小於60%正常，但已經比較繁忙了。

小結

因爲關係型數據庫初衷設計限制，在大數據處理時會顯得力不從心。所以NoSQL（非關係型數據庫）火起來了，天生勵志，具有分佈式、高性能、高可靠等特性，彌補了關係型數據庫某方面先天性不足，很是適合存儲非結構化數據。主流NoSQL數據庫有：MongoDB、HBase、Cassandra等。

單純數據庫層面優化效果提高並很少明顯，主要仍是要根據業務場景選擇合適的數據庫！