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ShardingSphere详解 - 通过影子库进行压测

Apache ShardingSphere 关注于全链路压测场景下，数据库层面的解决方案。 将压测数据自动路由至用户指定的数据库，是 Apache ShardingSphere 影子库模块的主要设计目标; 这篇文章主要转载自ShardingSphere官方在新窗口打开网站（V5.1.0版本）。@pdai

背景

Apache ShardingSphere 关注于全链路压测场景下，数据库层面的解决方案。 将压测数据自动路由至用户指定的数据库，是 Apache ShardingSphere 影子库模块的主要设计目标。

在基于微服务的分布式应用架构下，业务需要多个服务是通过一系列的服务、中间件的调用来完成，所以单个服务的压力测试已无法代表真实场景。 在测试环境中，如果重新搭建一整套与生产环境类似的压测环境，成本过高，并且往往无法模拟线上环境的复杂度以及流量。 因此，业内通常选择全链路压测的方式，即在生产环境进行压测，这样所获得的测试结果能够准确地反应系统真实容量和性能水平。

挑战

全链路压测是一项复杂而庞大的工作。 需要各个微服务、中间件之间配合与调整，以应对不同流量以及压测标识的透传。 通常会搭建一整套压测平台以适用不同测试计划。 在数据库层面需要做好数据隔离，为了保证生产数据的可靠性与完整性，需要将压测产生的数据路由到压测环境数据库，防止压测数据对生产数据库中真实数据造成污染。 这就要求业务应用在执行 SQL 前，能够根据透传的压测标识，做好数据分类，将相应的 SQL 路由到与之对应的数据源。

整体架构

Apache ShardingSphere 通过解析 SQL，对传入的 SQL 进行影子判定，根据配置文件中用户设置的影子规则，路由到生产库或者影子库。

影子规则

影子规则包含影子数据源映射关系，影子表以及影子算法。

  • 影子库映射：生产数据源名称和影子数据源名称映射关系。

  • 影子表：压测相关的影子表。影子表必须存在于指定的影子库中，并且需要指定影子算法。

  • 影子算法：SQL 路由影子算法。

  • 默认影子算法：默认影子算法。选配项，对于没有配置影子算法表的默认匹配算法。

路由过程

以 INSERT 语句为例，在写入数据时，Apache ShardingSphere 会对 SQL 进行解析，再根据配置文件中的规则，构造一条路由链。在当前版本的功能中， 影子功能处于路由链中的最后一个执行单元，即，如果有其他需要路由的规则存在，如分片，Apache ShardingSphere 会首先根据分片规则，路由到某一个数据库，再 执行影子路由判定流程，判定执行SQL满足影子规则的配置，数据路由到与之对应的影子库，生产数据则维持不变。

影子判定流程

影子库功能对执行的 SQL 语句进行影子判定。影子判定支持两种类型算法，用户可根据实际业务需求选择一种或者组合使用。

DML 语句

支持两种算法。影子判定会首先判断执行 SQL 相关表与配置的影子表是否有交集。如果有交集，依次判定交集部分影子表关联的影子算法，有任何一个判定成功。SQL 语句路由到影子库。 影子表没有交集或者影子算法判定不成功，SQL 语句路由到生产库。

DDL 语句

仅支持注解影子算法。在压测场景下，DDL 语句一般不需要测试。主要在初始化或者修改影子库中影子表时使用。

影子判定会首先判断执行 SQL 是否包含注解。如果包含注解，影子规则中配置的 HINT 影子算法依次判定。有任何一个判定成功。SQL 语句路由到影子库。 执行 SQL 不包含注解或者 HINT 影子算法判定不成功，SQL 语句路由到生产库。

影子算法

影子算法详情，请参见内置影子算法列表在新窗口打开

使用案例

场景需求

假设一个电商网站要对下单业务进行压测。压测相关表 t_order 为影子表，生产数据执行到 ds 生产数据库，压测数据执行到数据库 ds_shadow 影子库。

影子库配置

建议配置如下（YAML 格式展示）：

data-sources:
  shadow-data-source:
    source-data-source-name: ds
    shadow-data-source-name: ds-shadow
tables:
  t_order:
    data-source-names: shadow-data-source
    shadow-algorithm-names:
      - simple-hint-algorithm
      - user-id-value-match-algorithm
shadow-algorithms:
  simple-hint-algorithm:
    type: SIMPLE_HINT
    props:
      foo: bar
  user-id-value-match-algorithm:
    type: VALUE_MATCH
    props:
      operation: insert
      column: user_id
      value: 0
      
sql-parser:
  sql-comment-parse-enabled: true

注意： 如果使用注解影子算法，需要开启解析 SQL 注释配置项 sql-comment-parse-enabled: true。默认关闭。 请参考 SQL 解析配置

影子库环境

  • 创建影子库 ds_shadow。

  • 创建影子表，表结构与生产环境必须一致。假设在影子库创建 t_order 表。创建表语句需要添加 SQL 注释 /*foo:bar,...*/。即：

CREATE TABLE t_order (order_id INT(11) primary key, user_id int(11) not null, ...) /*foo:bar,...*/

执行到影子库。

注意：如果使用 MySQL 客户端进行测试，链接需要使用参数：-c 例如：

mysql> mysql -u root -h127.0.0.1 -P3306 -proot -c

参数说明：保留注释，发送注释到服务端。

执行包含注解 SQL 例如：

SELECT * FROM table_name /*shadow:true,foo:bar*/;

不使用参数 -c 会被 MySQL 客户端截取注释语句变为:

SELECT * FROM table_name;

影响测试结果。

影子算法使用

列影子算法使用

假设 t_order 表中包含下单用户ID的 user_id 列。 实现的效果，当用户ID为 0 的用户创建订单产生的数据。 即：

INSERT INTO t_order (order_id, user_id, ...) VALUES (xxx..., 0, ...)

会执行到影子库，其他数据执行到生产库。

无需修改任何 SQL 或者代码，只需要对压力测试的数据进行控制就可以实现在线的压力测试。

算法配置如下（YAML 格式展示）：

shadow-algorithms:
  user-id-value-match-algorithm:
    type: VALUE_MATCH
    props:
      operation: insert
      column: user_id
      value: 0

注意：影子表使用列影子算法时，相同类型操作（INSERT, UPDATE, DELETE, SELECT）目前仅支持单个字段。

使用 Hint 影子算法

假设 t_order 表中不包含可以对值进行匹配的列。添加注解 /*foo:bar,...*/ 到执行 SQL 中，即：

SELECT * FROM t_order WHERE order_id = xxx /*foo:bar,...*/

会执行到影子库，其他数据执行到生产库。

算法配置如下（YAML 格式展示）：

shadow-algorithms:
  simple-hint-algorithm:
    type: SIMPLE_HINT
    props:
      foo: bar

混合使用影子模式

假设对 t_order 表压测需要覆盖以上两种场景，即，

INSERT INTO t_order (order_id, user_id, ...) VALUES (xxx..., 0, ...);

SELECT * FROM t_order WHERE order_id = xxx /*foo:bar,...*/;

都会执行到影子库，其他数据执行到生产库。

算法配置如下（YAML 格式展示）：

shadow-algorithms:
  user-id-value-match-algorithm:
    type: VALUE_MATCH
    props:
      operation: insert
      column: user_id
      value: 0
  simple-hint-algorithm:
    type: SIMPLE_HINT
    props:
      foo: bar

使用默认影子算法

假设对 t_order 表压测使用列影子算法，其他相关其他表都需要使用 Hint 影子算法。即,

INSERT INTO t_order (order_id, user_id, ...) VALUES (xxx..., 0, ...);

INSERT INTO t_xxx_1 (order_item_id, order_id, ...) VALUES (xxx..., xxx..., ...) /*foo:bar,...*/;

SELECT * FROM t_xxx_2 WHERE order_id = xxx /*foo:bar,...*/;

SELECT * FROM t_xxx_3 WHERE order_id = xxx /*foo:bar,...*/;

都会执行到影子库，其他数据执行到生产库。

配置如下（YAML 格式展示）：

data-sources:
  shadow-data-source:
    source-data-source-name: ds
    shadow-data-source-name: ds-shadow
tables:
  t_order:
    data-source-names: shadow-data-source
    shadow-algorithm-names:
      - simple-hint-algorithm
      - user-id-value-match-algorithm
default-shadow-algorithm-name: simple-note-algorithm
shadow-algorithms:
  simple-hint-algorithm:
    type: SIMPLE_HINT
    props:
      foo: bar
  user-id-value-match-algorithm:
    type: VALUE_MATCH
    props:
      operation: insert
      column: user_id
      value: 0
      
sql-parser:
  sql-comment-parse-enabled: true

注意 默认影子算法仅支持 Hint 影子算法。 使用时必须确保配置文件中 props 的配置项小于等于 SQL 注释中的配置项，且配置文件的具体配置要和 SQL 注释中写的配置一样，配置文件中配置项越少，匹配条件越宽松

simple-note-algorithm:
  type: SIMPLE_HINT
  props:
    foo: bar
    foo1: bar1

如当前 props 项中配置了 2 条配置，在 SQL 中可以匹配的写法有如下：

SELECT * FROM t_xxx_2 WHERE order_id = xxx /*foo:bar, foo1:bar1*/
SELECT * FROM t_xxx_2 WHERE order_id = xxx /*foo:bar, foo1:bar1, foo2:bar2, ...*/

simple-note-algorithm:
  type: SIMPLE_HINT
  props:
    foo: bar

如当前 props 项中配置了 1 条配置，在sql中可以匹配的写法有如下：

SELECT * FROM t_xxx_2 WHERE order_id = xxx /*foo:foo*/
SELECT * FROM t_xxx_2 WHERE order_id = xxx /*foo:foo, foo1:bar1, ...*/
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