kingshard数据库中间件设计与实现解析
数据库时态处理中间件的设计和实现
ｍｏｎｔｈ ’月‘
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ｎｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｄ
ｄａｙ ‘日’
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ｖａｌｉｄｔｉｍｅ ｓｃａｌａｒｅｘｐ
‘ｉｎｔｅｒｖａｌ’ｓｐａｎｅｘｐ
ｓｐａｎｅｘｐ
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ｍｉｎｕｔｅ ‘分’ ｃｏｎｏｐ
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ｔｉｍｅｆｌａｇ ｑｕｅｒｙｅｘｐ
ｓｅｌｅｃｔ ｓｅｌｅｃｔｉｔｅｍｌｉｓｔ ｆｒｏｍ ｔａｂｌｅｎａｍｅｌｉｓｔ ｗｈｅｒｅ ｃｏｎｄｅｘｐ ｇｒｏｕｐ ｂｙ ｇｒｏｕｐｌｉｓｔ ｈａｖｉｎｇ ｃｏｎｄｅｘｐ
扫描类ｓｃａｎｎｅｒ －对时态处理语句扫描生成一个令牌链表（ｔｏｋｅｎｌｉｓｔ） ＋返回ｔｏｋｅｎｌｉｓｔ的头令牌（ｔｏｋｅｎ）（）
Hale Waihona Puke 运行类ｒｕｎ －执行合法的ｓｑｌ语句 ＋通过Ｓｔａｔｅｍｅｎｔ对象调用ＤＢＭＳ执行ｓｑｌ语句（）
示可以在这组语句中任选一组来表示，相当于传统 SQL表 达 中 的 竖 线| 。 比 如 起 始 的 虚 线 方 框 组 ： QUERY， DDL， DML， CONTROL就表示一个时态处理 语句可以为QUERY语句，或DDL语句，抑或是DML语句， 又或者可以是CONTROL语句。实线箭头表示一个关键字可 以由箭头指向的部分来表示。比如一个DDL语句可以表示成 为ddltable， ddlview，drop table和drop view中的任意一个。
数据库中间件的研究及其应用
１ ．支持 常用 大 型 数 据 库 的各 种 操 作 。 可 以 支持 ＯＲ ＣＬ 信 。 Ａ Ｅ， ＩＦ Ｒ Ｘ Ｙ Ａ Ｅ Ｓ ＱＬ Ｂ ，ＭＹ Ｑ 等常 用数据 库 ， 以 Ｎ Ｏ ＭＩ，Ｓ Ｂ Ｓ ，Ｍ Ｓ ，Ｄ ２ Ｓ Ｌ ３ 多线程技 术 。线程 是指 进程 中单一 顺序 的控制 流。每 个进程 、 及Ｊ Ｂ Ｄ Ｃ、ＯＤ Ｃ 口。更 换数 据库 只 要更 换 相应 的驱 动 就 可 以 ， Ｂ 接 在 任何 给定 时刻 可 能有若 干个线 程 在运 行。线 程共 享进程 的所 有 的 而 不需要 修改 所开发 软件 系统 的代码 ，方便安全 。 程 序和 数据 ；线 程有 自身 的运 行单 元 ：线 程有 它 自己 的私 有存 储和 ２ 提 供统 一接 口。屏 蔽数 据库之 间 的操作 差异 。 ． 执 行环 境 ，使得 服务器 进 程不 随客 户数 的增加 而线 性增 加。可 减 少 ３ 封装 复杂烦 琐 的数据库 应 用接 １和数 据库操 作过 程 ，简化 应 服 务器进 程 的压力 ，降低 开销 。充分 利 用Ｃ Ｕ 资源 。 ． ３ Ｐ的 用 程序 的数据 库操作 ．提 高应 用程序 开发 效率 。 线 程被 用来 建立请 求 驱动 的服务 程序 。每 个客 户一个 线程 。 多 ４ 支 持常 用的操 作 系统 。￣Ｗｉ ｏ ｓ ＮＩ、Ｌ ｕ 等 常见 主 个线 程 可 以并 发执 行 ．多个 并发 线程 对 多个客 户的 并发请 求采取 分 ． １ ｎ ｗ 、Ｕ Ｘ ｉ ｘ ］ ｄ ｎ 流操 作 系统。跨 平 台支持 。便于 应用 代码在 各平 台之 间 的移 植 。 而 治之 的措施 。从 而解 决 并发请 求 的问题 。多线 程 的低资 源开 销和 高运 行效 率 。使得 它具 有广 阔 的应 用 前景 。多线 程技 术在 三层客 户 二、数据库 中间件的设计 客户 端到 数据连 接管 理器 之 间的是 逻辑 连接 ，而 数据 库到 数据 机 ，服务 器模 式 中应 用相 当广 泛。
数据库中间件的设计与实现
信 ， 客 户 机 群 和服 务 器 群 结 合起 来 【 其 工 作 流 程 是 ： 客 户 机 将 ｌ 】 。 在 里 的应 用 程 序 需 要 驻 留 网 上某 个 服 务 器 的 数 据 或 服 务 时 搜 索 此
（ ） Ｃ Ｊｖ ａ ｂ ｓ ｏ ｎ ｃｉ ｔ） １Ｊ ＤＢ （ａ ａＤ ｔ ａｅＣ ｎ ｅ ｔ ｉ ａ ｖｙ
或 服 务 。 在 发 送应 用 程 序 请 求 后 重 新 打 包 响应 。 其 传 送 回应 不 需 要 重 新 编码 就能 够访 问任 何 数 据 源 。 由于 Ｊ Ｂ 已经 得 到 并 将 Ｄ Ｃ 用 程 序 。数 据库 访 问 中 间 件 就是 实现 这 种 功 能 的一 种 中 间件 。 了各 大 厂 商 的 认 可 与 支 持 ．也 为 开 发 者 和 用 户 提 供 了一 条 从 ＷＥ Ｂ服 务 器 访 问数 据 库 的捷 径 。Ｊ Ｂ Ｄ Ｃ将 进 一 步得 以推 广 从 而 １ 数 据 库 中 间件 的 作 用 ． 多 媒体 教 学 支撑 平 台 系统 ．对 于 数 据 库 的 容 量 和 访 问能 力 最 终 成 为 Ｗ Ｂ服 务 器 访 问 数 据 库 的事 实 标 准 。 开 发 系统 中应 Ｅ 所 Ｉ Ｃ ） 要 求 不 苛 刻 ． 是 它 存 储 的 数 据 类 型 杂 、 问量 不 固 定 、 台数 用 的数 据 库 中间 件 原 型 就 是建 立 在 Ｊ Ｂ 的基 础上 。 但 访 后 据 库种 类 不 一 、 务 器操 作 系统 各 异 。 因此 ． 一 类 数 据 库 中 间 服 这
维普资讯
９ ６
福
建
电
脑
２０ ０ ７年第 ８期
数据 库 中间件的设计 与实现
南 理 勇 －谭 业 武 。桑 玉 真 ， ，
中间件设计说明书
中间件设计说明书一、概述中间件是一种独立的系统软件或服务程序，位于操作系统和应用程序之间，用于实现分布式系统的集成和通信。
中间件设计说明书是对中间件系统的全面描述，包括其功能、性能、安全等方面的要求和设计细节。
二、中间件需求分析1. 功能需求：分析中间件需要实现的具体功能，如消息传递、数据交换、分布式事务管理等。
2. 性能需求：确定中间件系统的性能指标，如吞吐量、响应时间、并发处理能力等。
3. 可靠性需求：提出中间件系统的可靠性要求，如故障恢复、容错处理、负载均衡等。
4. 安全性需求：制定中间件系统的安全策略，如数据加密、身份认证、访问控制等。
三、中间件系统设计1. 体系结构设计：设计中间件系统的整体架构，包括各个组件的职责和交互方式。
2. 通信协议设计：定义中间件系统内部组件之间的通信协议，包括消息格式、传输协议等。
3. 数据结构设计：设计中间件系统所需的数据结构，如消息队列、事务日志等。
4. 算法设计：针对中间件系统的关键功能，设计相应的算法和实现逻辑。
四、中间件系统实现1. 编程语言和开发环境选择：根据中间件系统的需求和设计，选择合适的编程语言和开发环境。
2. 模块划分和代码组织：将中间件系统划分为不同的模块，并合理组织代码结构。
3. 单元测试和集成测试：进行单元测试和集成测试，确保中间件系统的功能和性能满足设计要求。
4. 系统部署和配置：进行中间件系统的部署和配置，包括服务器环境搭建、参数配置等。
五、中间件性能测试与优化1. 性能测试：通过性能测试工具对中间件系统进行测试，获取各项性能指标的实际数据。
2. 性能分析：分析性能测试结果，找出瓶颈和潜在的性能问题。
3. 性能优化：针对性能瓶颈进行优化，提高中间件系统的整体性能。
六、安全策略实施与保障1. 安全策略部署：根据制定的安全策略，部署相应的安全设备和措施。
2. 安全监控与审计：建立安全监控与审计机制，实时监测中间件系统的安全状况。
3. 安全漏洞修复：定期检查安全漏洞并及时修复，确保中间件系统的安全性。
多数据库系统中间件的设计与实现方法
第15卷 第4期 云南工业大学学报 Vol.15 No.4 1999年 Journal of Yunnan Polytechnic University 1999多数据库系统中间件的设计与实现方法①李 勇1 杨 蕾2(1:信息与电子工程学院,云南工业大学,昆明,650051;2:昆明市外语学校,昆明,650051)摘要 在基于Client/Server结构中的数据库事务处理模型中,中间件提供了全局事务处理与局部数据库系统的接口,它使多数据库系统能够对分布在不同站点的局部数据库进行透明访问.文中分析了这一模型中中间件的应用背景,在此基础上分析了中间件的设计与实现方法,并对这些方法实现的中间件作了性能上的比较.关键词:多数据库系统;客户机/服务器模型;中间件;应用程序接口前 言自E.F.Codd于70年代提出了关系数据库模型以来,众多的软件厂商陆续推出了各种关系数据库产品,如大型机上的DB2,中小型机上的Oracle和微机上的Access等.这些数据库可能在物理上和逻辑上存在差异,如数据格式、数据操作方式以及对SQL语言的实现等方面.因此,研制能集成现有的数据库系统的多数据库系统已成为数据库技术发展的必然趋势.而网络技术的发展为用户访问和处理分布在不同站点的各种数据库中的数据提供了可能,它使得异构的数据库之间可以共享它们相互依赖的数据,并具有互操作的能力.一般地,支持互操作的系统为客户机/服务器(Client/Server)模型,而在基于这样模型的实际应用中,会有多种应用和平台加入到这个模型中,这就要求客户和服务器之间有一组正式的接口以支持这些应用.从结构上来讲,这一层位于客户和服务器之间,因而称为中间件(Middle ware).通过中间件屏蔽了数据库系统不同的访问方法和用户界面,为用户呈现一个访问多数据库的公共接口,从而减少了不同数据库之间的差异.1 中间件模型与实现原理从概念上来讲,中间件是客户从服务器上获得服务的耦合剂,它的引入使原来较为简单的二层分布模型(Client/Server,见图1)被更加精确的三层模型(Client-Middle ware-Server,见图2)所替代.在二层模型中,应用程序直接与数据库对话,这就要求驱动程序与所存取的特定的DBMS(数据库管理系统)进行通讯.用户的SQL语句提交给数据库,其结果返回给用户.数据库可以存放在网络连接的另一台机器上,用户机为客户,存放数据库的机器为服务器,这就是典型的Client/Server配置.在三层模型中,应用程序把命令发给中间件,然后由中间件把相应的SQL语句发送给DBMS.数据库处理SQL语句后,把结果送中间件,然后再由中间件送至用户.中间件可以用来支持共同数据库的存取与特性控制,这就为实现异构数据库之间的互操作提供了实现方法(参考文献[3]).任何中间件的设计均需要解决三方面的问题.首先是功能匹配问题,就是如何根据客户方需要的服务,在系统范围内寻找到合适的服务实现;其次是接口匹配问题,中间件居于客户机与服务器之间,因此需①收稿日期:1999-04-07 第一作者简介:李勇,男,1971年2月生,工学硕士,62云南工业大学学报 第15卷要程序员定义远程服务是如何模拟客户方所要求的功能,并且在指定了客户方接口与远程服务的接口的对应关系后,程序员应指明远程操作的形式参数与本地请求的实际参数之间的关系;第三是运行支撑问题,即互操作实体如何合作执行.由上述三个问题可以确定中间件的四个基本构件:(1)客户应用程序接口;(2)公共编程接口/公共协议/网关等;(3)SQL编译器;(4)用于访问数据源的服务器软件(参考文献[2]).在具体的中间件实现中,根据设计与实现方法的差异分成两类。
数据库集群中间件S-JDBC的设计与实现的开题报告
数据库集群中间件S-JDBC的设计与实现的开题报告一、选题背景随着大数据时代的到来，数字化时代的发展，数据库管理系统已经成为一个非常重要的技术领域。
数据库集群可以通过增加存储容量、提高响应速度等方式来提高数据库的可靠性和性能。
但是，数据库集群也带来了一些新的问题，例如数据一致性的问题，数据库节点间通信的延迟问题等。
因此，数据库集群中间件成为一个非常重要的技术，它可以解决这些问题并提高数据库集群的性能和可靠性。
二、选题意义本文将介绍一种数据库集群中间件S-JDBC的设计与实现。
S-JDBC是由日本NEC 公司开发的一种开放源代码的数据库中间件。
S-JDBC可以通过将多个数据库连接到一个虚拟数据库，从而实现数据的集中管理。
S-JDBC可以自动监测数据库的负载情况，并动态地将请求分配到不同的数据库节点上，以获得最佳性能和可靠性。
此外，S-JDBC采用了一系列创新性的技术，如异步复制、数据容错等，并借鉴了其他数据库中间件的一些优秀设计，如JDBC API等。
S-JDBC的设计和实现可以为大规模并发请求的数据库集群提供参考。
三、选题内容本文将分为以下几个部分来介绍S-JDBC的设计和实现：1. S-JDBC的工作原理：介绍S-JDBC的基本架构和工作流程；2. S-JDBC的异步复制机制：介绍S-JDBC的异步复制机制如何保证数据的一致性和可靠性；3. S-JDBC的数据库容错机制：介绍S-JDBC的容错机制如何保证数据库的可靠性；4. S-JDBC的性能测试：对S-JDBC的性能进行测试，并与其他数据库中间件进行比较和分析；5. S-JDBC的前景和总结：对S-JDBC的未来发展进行展望，并对本文进行总结。
四、选题方法和步骤本文的研究方法主要是理论研究和实验测试相结合。
首先，对S-JDBC的相关文献进行搜集和研究，了解其基本架构和工作流程。
然后，通过阅读其源代码和运行环境，深入理解其核心技术和实现细节。
典型的数据库中间件设计模式
典型的数据库中间件设计模式
数据库中间件是一个用于连接和管理多个数据库的软件层。
它可以在多个数据库之间提供访问和数据传输，优化数据库的性能和可靠性。
在这篇文章中，我们将探讨典型的数据库中间件设计模式。
1. 垂直分片：将单个数据库分成多个较小的数据库，每个数据库处理不同的数据类型。
这种设计可以提高性能和可扩展性，但需要更多的管理和维护工作。
2. 水平分片：将单个表分成多个部分，每个部分存储一部分数据。
这种设计可以提高性能和可扩展性，但需要更多的复杂性和管理工作。
3. 数据库复制：将主数据库的数据复制到一个或多个从数据库，以提高可用性和可靠性。
这种设计可以提供高可用性和数据冗余，但需要更多的存储空间和网络带宽。
4. 数据库代理：这种设计将应用程序与多个数据库之间的访问隔离开来，可以提供更好的安全性和性能，但需要更多的管理和配置工作。
5. 数据库缓存：将常用数据缓存到内存中，可以提高查询性能和响应时间，但需要更多的内存和管理工作。
总之，数据库中间件设计模式可以根据不同的需求来定制。
了解不同的设计模式可以帮助我们选择最适合我们需求的方案。
- 1 -。
MYSQL分布式中间件课题研究
MYSQL分布式中间件一、MYSQL数据库主从复制的实现MySQL的主从复制是通过binlog日志来实现的，主从复制中的“主”指的是MySQL 主服务器上的数据库，“从”指的是MySQL从服务器上的数据库，且这种复制是基于数据库级别的，为此从服务器中的数据库名称必须和主服务器中的数据库名称保持一致，那么，要想实现主从复制，我们至少要有两个MySQL服务器（最好是两个MySQL服务器分别位于不同的主机上，或者在一个主机上安装两个MySQL，端口不同即可）数据库服务器的参数：∙主服务器（master）： IP为127.0.0.1，端口为33306∙从服务器（slave）： IP为127.0.0.1，端口为33307∙从服务器（slave）： IP为127.0.0.1，端口为33308主服务器配置：修改主服务器的数据库配置文件（\mysql\bin\my.ini），在 [mysqld] 标签的最下面，添加如下代码：#需要备份的数据库binlog-do-db = mycat#不需要备份的数据库binlog-ignore-db=mysql#开启二进制日志log-bin=mysql-bin#服务器idserver-id=1保存退出，重启MySQL主服务器。
binlog-do-db用于指定需要同步的数据库，binlog-ignore-db指定不需要同步的数据库，如果这两个参数都不设置，则从服务器会复制主服务器的所有数据库。
一般不用root账号作同步账号，为此，我们需要在主服务器上创建一个新的用户（如user01，密码为123456）这里我们用命令行的方式创建，方法如下：打开cmd，切换至 \mysql\bin，用 root 账户连接MySQL主服务器：mysql -uroot -P33306创建新用户：create user 'user01'@'127.0.0.1' identified by '123456';（@后面的ip地址为允许连接的客户端的ip地址。
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kingshard的连接池设计
目标
➢ 复用连接，降低后端DB压力
方式
➢ 一个DB实例对应一个连接池 ➢ 连接池个数上限可配置，无空闲连接则阻塞
效果
➢ 前端高并发，MySQL负载不会抖动 ➢ 限制连接池个数，保护后端DB不至于宕机
12
kingshard的连接池设计
kingshard
Conn Pool
config
config
shard_key
sub_table
DB
10
kingshard的sharding方案
select * from tab where id = 10
config range hash time
calculate table index
select * from tab_0001 where id = 10
➢ Cobar
功能简单 基本不维护
➢ MyCat
易用性较低 开始商业化
6
kingshard的设计目标
核心指导思想
➢ 简单有效
核心功能
➢ 读写分离 ➢ 数据分片 ➢ 提升DB的可运维性，减轻DBA负担
7
kingshard的架构设计
整体架构图
8
kingshard的SQL Parser
Conn Pool
DB1 DB2
连接取出时： 重置字符集 重置Database
pop
conn conn ......
push conn
13
kingshard支持预处理的方案
作用
➢ 防SQL注入，参数不做语义解析，只当做字符串 ➢ 提升效率，SQL不再需要重复解析
示例
➢ prepare stmt1 from “SELECT * FROM tbl WHERE id = ?”; ➢ set @a = 100; ➢ execute stmt1 using @a; ➢ deallocate prepare stmt1;
client
db_slave1
db_master
db_slave2
主从同步点
业务实现分库分表
➢ 改写SQL语句 ➢ 将SQL路由不同的DB ➢ 聚合结果集
sharding config
业务逻辑 Rewrite SQL
Rewrite SQL
Rewrite SQL
Rewrite SQL
SQL Parser的设计与实现
➢ 词法分析器
将SQL切分成token 目的：作为语法分析器的输入
➢ 语法分析器
根据token和MySQL规约法则生成AST(abstract syntax tree) 目的：读写分离、数据分片
SQL
词法分析
语法分析
AST
改写/路 由 SQL
9
kingshard的sharding方案
mytable where id < ?
慢SQL记录
➢ 用户自定义慢日志耗时大小
19
kingshard的演进计划
重构SQL Parser
➢ 支持复杂SQL的解析
管理端改造
➢ 以API的方式支持管理命令 ➢ Web界面操作与展示
20
总结
为什么用Golang开发
➢ 开发效率非常高 ➢ 性能并不差，相当于C语言的70%-80% ➢ 便捷的并发编程 ➢ 部署简单
kingshard数据库中间件设计与实现
陈非 github: @flike weibo: @chenfei001
1
Agenda
▪ 业务使用MySQL的痛点 ▪ 主流MySQL Proxy方案 ▪ kingshard的设计与实现 ▪ 总结
2
业务使用MySQL的痛点
业务实现读写分离
➢ 在业务中配置主库、从库的IP和端口 ➢ DB宕机或上下线业务受影响 ➢ 运维协调开发修改业务配置
DB1
DB2
DB3
4
数据库中间件的目标
减轻开发的工作量
➢ 支持SQL读写分离 ➢ 支持数据分片 ➢ 开发更加专注于业务逻辑，提升效率
降低DB的运维与业务的耦合度
➢ DB的上下线业务无感知 ➢ 减轻DBA的工作负担
5
主流MySQL Proxy方案
业务已有方案
➢ Atlas
扩展功能较难 基本不维护
sharding相关概念
➢ 分片方式：Hash,Range和Time_Range ➢ Shard key类型：整型和MySQL标准时间类型 ➢ 子表：分表名+序号，最大支持9999张子表。
例如：table_0001,table_1023 落在不同的DB实例，由配置指定
➢ Shard key到实例采用两级映射方案
关注度
➢ 开源一周年左右 ➢ Github star：2010，Fork：412，Contributors：20
线上使用情况
➢ 超过20家公司线上使用 ➢ 小米电商、西山居、一亩田、网龙等
开源地址
➢ https:///flike/kingshard
21
Thank You
22
ping
DB_Slave1
DB_Slave2
17
业务使用kingshard的高可用方案
18
kingshard对安全与审计的支持
客户端IP限制
➢ 用户自定义IP白名单列表
SQL黑名单
➢ 用户定义黑名单SQL列表 ➢ 正则匹配方式，例如：delete from mytable,select count(*) from
14
kingshard支持预处理的方案
核心矛盾
➢ prepare状态与会话(连接)绑定 ➢ 连接池机制要求连接复用
简单的方案
➢ 将prepare/deallocate内的所有语句保持在同一个连接上执行 ➢ 缺点：与事务不同，很多程序不执行deallocate，导致连接被占用不放
15
kingshard支持预处理的方案
kingshard支持预处理方案流程图
16
kingshard的后端DB的高可用
方式
➢ 使用独立goroutine检测DB状态 ➢ 定期检测每台DB是否正常，周期和重试次数均可配置
效果
➢ 自动摘除宕机或网络中断的DB ➢ 自动挂载恢复正常的DB
kingshard
node
ping
ping
DB_Master