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  • 一条慢SQL语句引发的改造之路
  • 2022/3/14 16:35:23
  • 前言

    闲鱼服务端在做数据库查询时,对每一条sql都需要仔细优化,尽可能使延时更低,带给用户更好的体验。但是在生产中偶尔会有一些情况怎么优化都无法满足业务场景。本文通过对一条慢sql的真实改造,介绍解决复杂查询的一种思路,以及如何使得一条平均rt接近2s的sql,最终耗时下降30倍。

    背景

    先来看一条sql

    select id,userid,itemid,status,type,modifiedtime ···
    from table1
    where userid = 123 
          and status in (0,1,2) 
          and type in ('a','b','c') 
    order by status,modifiedtime desc limit 0,20

    查询条件并不多,也不存在join操作,却在项目中引起了慢sql。在大数据量和高qps的情况下,这条sql的平均查询rt已经接近2s,并且此查询还应用在很多关键性的用户场景下,已经到了无法容忍的程度,需要对其进行改造。

    分析

    索引

    对于慢sql,最先想到的就是查询没有走索引或索引失效导致的全表扫描。首先用explain对此sql 进行分析。对于此表,已经建立了index(userid,status,type,modifiedtime)组合索引。

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    mysql的索引采用的是b+树,需要符合最左前缀匹配,分析sql可以看出,由于存在多条in条件,虽然userid和status走了索引,但是status的范围查找导致之后的索引失效。通过using index condition也可以看出走了索引条件下推,只使用了部分索引,而using filesort可以看出使用了文件排序,而没有使用索引排序,查询速度自然很慢。想从索引的角度是无法解决这条慢sql的。

    分库分表

    阿里巴巴开发规约中提过,单表行数超过500万行或者单表容量超过2gb,推荐进行分库分表。通常单表数据量如果过大,数据库性能也会下降。对于亿级数据量的表,单表将不足以支撑业务,需要采用分库分表的方式来提升性能,此处也已经对userid取模进行了水平拆分,并不是问题所在。

    结论:对于mysql已经没有可以优化的地方,只能从架构上的角度进行思考优化方案。

    选型

    搜索引擎

    对于复杂的数据查询,很容易想到通过搜索引擎进行查找。搜索引擎的数据分析即使面对多种复杂条件,也能达到毫秒级别的召回,稳定,可靠,快速,且门槛低,成本低。最常见的例如elasticsearch。

    和数据库里的b+树所建立的组合索引不同,搜索引擎的倒排索引,可以快速查找符合单个条件的文档id,最后通过取交集的方式过滤出符合条件的结果,查询速度上可以得到满足。

    虽然搜索引擎可以容纳大量的数据,也可以快速的召回,但是在构建索引的速度上确不尽人意,对于短时间大量的数据写入,想要能在秒级实时存入并构建索引并召回搜索引擎是无法保证的,可能在分钟级别的延迟后才能查询到结果。无法满足当前场景。

    olap(analyticdb mysql)

    传统的关系型数据库如mysql,一般称为联机事务处理(oltp,on-line transaction processing)。联机分析处理(olap,on-line analytical processing)又称为数据仓库。olap专门为海量数据提供高速查询能力,通常采用列式存储,在读取数据时,可以只读取指定的列进行过滤筛选,从而减少i/o,同时由于减少了读取的数据总量,从而使缓存中可以容纳更多的数据行数,可以对海量的数据进行更快的计算。

    云原生数据仓库analyticdb mysql(简称adb)是云端托管的pb级高并发实时数据仓库,专注于服务olap领域。采用关系模型进行数据存储,可以使用sql进行自由灵活的计算分析,无需预先建模。利用云端的无缝伸缩能力,在处理百亿条甚至更多量级的数据时真正实现毫秒级计算。支持高吞吐的数据实时增删改、低延时的实时分析和复杂etl,兼容上下游生态工具,可用于构建企业级报表系统、数据仓库和数据服务引擎。

    本业务场景上存在大数据量计算和快速查询场景,adb在写入性能,计算性能都能满足要求。且adb能直接兼容mysql数据库语法,降低代码的改造和使用成本。

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    结论:对于当前sql,通过将查询数据源改为adb,替代直接读取mysql,可以有效提高查询速度同时减少mysql的读压力。

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    数据同步

    选型好之后就是考虑如何将mysql的数据同步进adb,并保持数据库一致性,这里主要考虑增量数据如何同步。这里提供如下三种思路。

    双写

    想保持数据库一致,可以在写入mysql之后,再写入adb中。

    优点:实现简单,延时低。

    缺点:修改的地方多,不符合开闭原则。增加系统复杂度,如果后期有代码只更新了mysql而忘记添加写入adb的逻辑,则会导致数据库不一致。同步写入增加耗时,同时,如果更新adb出错时,也很难进行异常处理。

    dts

    阿里云数据传输(data transmission)dts的数据同步功能旨在帮助用户实现两个数据源之间的数据实时同步。数据同步功能可应用于异地多活、数据异地灾备、本地数据灾备、数据异地多活、跨境数据同步、查询与报表分流、云bi及实时数据仓库等多种业务场景。

    通过数据同步功能,可以将mysql中的数据同步至adb中,其中mysql可以是rds mysql、其他云厂商或线上idc自建mysql或者ecs自建mysql。

    优点:稳定,高效,基本是最合适的解决方案

    缺点:由于项目原因,不支持使用dts,故没有采用

    监听binlog

    通过监听mysql的binlog,可以对数据变更做统一的处理。在此处,可以通过监听新增删改消息进行对adb进行写入操作。

    由于adb全面兼容mysql语法,所以新增和删除可以使用如下语法进行统一处理

    insert into ··· on dumplicate key update ···

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    结论:增量数据的同步,最终采用在binlog处做统一收口,通过异步写入,不会影响用户体验,也能可以自定义重试方法,保证同步的可用性。其他项目如果可以,尽量考虑使用dts。

    实时同步处理完成后,可以再进行数据离线同步将存量数据导入,导入时忽略主键冲突的数据,导入完成后,新库就可以正常使用了。adb支持多种数据导入工具,详情可以参考用户文档。

    数据同步

    慢sql

    adb数据同步完成后,立刻开始进行切流了千分之一开始验证效果,平均执行耗时果然有所减小。

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    平均执行耗时仅有100ms,耗时分布统计如下,一秒以内的查询已经占到了98.31%

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    可是,整体来看,依然和预期有一些差距。考虑进一步优化。

    • 建表优化

    聚集列:在adb中,数据存储支持按一列或多列进行排序(先按第一列排序,第一列相同情况下使用第二列排序),以保证该列中值相同或相近的数据保存在磁盘同一位置,这样的列称之为聚集列。当以聚集列为查询条件时,相比未设置聚集列的查询,sql语句的访问i/o将减少数百倍。

    前期建表时,已经设置userid做为聚集列。

    执行计划

    adb自带的执行计划分析工具,可以进行sql诊断,找了一条耗时长的sql实例进行分析。

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    可以看出有两条优化项

    第一条先不考虑,由于各个字段都需要使用,所以不能删除,所以从第二条索引过滤不高效进行分析

    • 那么adb的索引是什么样的呢?

    经过了解,olap场景下需要支持任意维度查询,传统的oltp单列或组合索引难以满足该需求。adb中的玄武采用了自适应列级自动索引技术,针对字符串、数字、文本、json、向量等列类型都有自动配置的索引数据结构,并且可以做到列级索引任意维度组合检索、多路渐进流式归并,大幅提升了数据过滤性能。

    目前索引类型主要有:倒排索引(字符型字段)、bkd-tree索引(数值型字段)和bitmap索引。同时索引的性能主要受数据分布特征影响,包括:cardinality(散列程度),范围查询的记录数/表记录数。

    什么时候索引会不高效呢?

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    查看文档,我们知道了,adb会默认对所有列建立索引(可以在建表是选择对某些列不建索引)。但是有些列由于其区分度不高,走了索引反而可能不高效。

    • 要如何解决呢?

    adb提供了查询级别关闭特定字段的过滤条件下推能力。针对某个查询,使用hint关闭某些字段的过滤条件下推。只对使用了hint的查询生效,其他查询不受影响。

    通过在sql前直接拼接加上如下语句即可。

    /*+ filter_not_pushdown_columns=[${database}.${tablename}:${col1name}|${col2name}] */

    • 结果

    在去添加hint语法去除了type和statu索引后,果然有了显著提升

    添加之后如下图所示,耗时在1s以内的已经达到了99.15%,且平均耗时也再次降低了一半。

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    • 参数优化

    经过上述优化完后,依然有0.86%的sql需要耗时1s以上

    再次咨询adb官方答疑,经过排查,帮忙调小了block_size相关参数,减少捞取过多数据进行扫描。

    在adb进行数据读取时,每次是按照block_size大小进行读入内存进行计算的,如果设置的过大,则可能会导致扫描的无用数据行数过多,从而耗费时间。

    对于参数的设置,官方不建议自行修改,而是让其代为分析调试,以降低发生风险。

    经过这次优化,效果还是很明显的,执行耗时在0.5秒以内的占了99.67%,而耗时1s以内的,已经占比高达99.94%,符合预期目标。

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    实时同步延时

    在某些用户高峰期,实时同步的写入队列出现了大量延时,最多延时高达10分钟。

    • 提高运行内存

    查看gc情况,发现在高峰期,由于数据大量涌入,频繁出现gc,甚至很多fullgc。

    fullgc引起stw,对于系统的延迟会造成很大影响。

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    在将内存扩大至2048m后,fullgc不再出现,younggc的频率也下降了很多。不过延迟依然存在。

    • 写入sql优化

    前期对于每条binlog变更消息单独进行写入处理,想要让其速度更快,使用批量操作的方式,将获取到的消息,拼接成一个list后由mybatis的foreach语法统一拼接成一条sql后执行,减少和数据库间的交互,同时也将吞吐量提升一个量级。

    </insert>
        insert into table1 (id,itemid,userid,······)
        values
        <foreach collection="list" item="item" index="index" separator=",">
            (#{item.id},#{item.itemid},#{item.userid},······
        </foreach>
        on duplicate key update
        item_id=values(item_id),······
    </insert>

    经过优化后,非高峰期延时在500ms以内,高峰期最高延迟不到20s,也符合预期。

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    总结

    本文通过对一条慢sql的分析,介绍了如何从架构的角度进行选型来解决问题。之后又从实际使用时的数据同步方式,以及使用过后的问题调优,给大家展示了一次改造的完整经过。在实际生产中遇到的问题往往是不同的,这里仅通过介绍使用analyticdb的方式进行解决,仅供参考。

    事实上,由于mysql的innodb引擎,同一条sql即使非常复杂,第一次查询走数据文件,在第二次查询时会走buffer_pool,查询速度通常也会很快,但是对于用户的首次加载体验将会非常不友好。

    虽然目前引入adb只解决了一条慢sql,但可以预见的,对于此表往后仍然会出现很多mysql无法解决的复杂查询,通过adb都可以解决。除了查询外也可以用于数据分析,在面对海量数据时也能有流畅的体验。adb的功能非常强大,这里对其的使用和了解,也仅仅是冰山一角,对其有兴趣的读者可以去官网查看相关文档。

    到此这篇关于一条慢sql语句引发的改造的文章就介绍到这了,更多相关慢sql语句改造内容请搜索本教程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持本教程网