为PXC集群引入Mycat并构建完整的高可用集群架构

在CentOS8下搭建PXC集群一文中，演示了如何从零开始搭建一个三节点的PXC集群。但是光搭建了PXC集群还不够，因为在实际的企业应用中，可能会存在多个PXC集群，每个集群作为一个数据分片存在。因此，在完整的架构下我们还需要为集群引入数据库中间件，以实现数据分片和负载均衡等功能。市面上有许多的数据库中间件，这些中间件主要分为两种类型，负载均衡型和数据切分型（通常数据切分型会具备负载均衡功能）：负载均衡型中间件的作用：数据切分型中间件的作用：以下是对常见的中间件进行的一个比较：经过上一小节的介绍与比较，可以看出MyCat与ProxySQL是比较理想的数据库中间件。由于MyCat相对于ProxySQL功能更全面，普及率也更高一些，所以这里采用Mycat来做为PXC集群的中间件。关于Mycat的介绍与安装，可以参考我的另一篇Mycat 快速入门，这里就不再重复了。本小节主要介绍如何配置Mycat的数据切分功能，让Mycat作为前端的数据切分中间件转发SQL请求到后端的PXC集群分片中。因此，这里我搭建了两个PXC集群，每个集群就是一个分片，以及搭建了两个Mycat节点和两个Haproxy节点用于后面组建双机热备。如图：
各个节点的信息如下表：在每个分片里创建一个test库，并在该库中创建一张t_user表用作测试，具体的建表SQL如下：完成以上准备后，接着我们开始配置Mycat，如果你对Mycat的配置文件不了解的话，可以参考我另一篇文章：Mycat 核心配置详解，本文就不赘述了。1、编辑server.xml文件，配置Mycat的访问用户：2、编辑schema.xml文件，配置Mycat的逻辑库、逻辑表以及集群节点的连接信息：3、编辑rule.xml文件，修改mod-long分片算法的求模基数，由于只有两个集群作为分片，所以这里需要将基数改为2：完成以上三个文件的配置后，启动Mycat：启动完成后，进入Mycat中执行一条insert语句，测试下是否能将该SQL转发到正确的集群分片上。具体步骤如下：上面这条insert语句插入的是一条id为1的记录，而我们采用的是对id列求模的分片算法，配置的求模基数为2。因此，根据id的值和求模基数进行求模计算的结果为：1 % 2 = 1。得出来的1就是分片的索引，所以正常情况下Mycat会将该insert语句转发到分片索引为1的集群上。根据schema.xml文件中的配置，索引为1的分片对应的集群是pxc-cluster2，即第二个PXC集群分片。接下来，我们可以通过对比这两个集群中的数据，以验证Mycat是否按照预期正确地转发了该SQL。从下图中可以看到，Mycat正确地将该insert语句转发到了第二个分片上，此时第一个分片是没有数据的：
接着我们再测试当id为2时，Mycat是否能将该SQL转发到第一个分片上。具体的SQL如下：测试结果如图：
在完成以上的测试后，此时在Mycat上是能够查询出所有分片中的数据的：
上一小节的示例中，使用的就是主键求模切分，其特点如下：在Mycat 核心配置详解一文中，也介绍过枚举值切分算法。该算法相对于其他算法来说要用到一个额外的映射文件（mapFile），所以这里就针对该算法的使用进行一个简单的演示。需求：用户表中有一个存储用户所在区号的列，要求将该列作为分片列，实现让不同区号下的用户数据被分别存储到不同的分片中1、首先，在Mycat的rule.xml文件中，增加如下配置：2、在conf目录下创建area-hash-int.txt文件，定义区号与分片索引的对应关系：3、配置schema.xml，增加一个逻辑表，并将其分片规则设置为sharding-by-areafile：4、进入Mycat中执行热加载语句，该语句的作用可以使Mycat不用重启就能应用新的配置：完成以上配置后，我们来建个表测试一下，在所有的集群中创建t_customer表。具体的建表SQL如下：进入Mycat中插入一条area_id为020的记录：根据映射文件中的配置，area_id为020的数据会被存储到第一个分片中，如下图：
然后再插入一条area_id为0763的记录：根据映射文件中的配置，area_id为0763的数据会被存储到第二个分片中，如下图：
完成以上测试后，此时在Mycat中应能查询到所有分片中的数据：
当有关联的数据存储在不同的分片时，就会遇到表连接的问题，在Mycat中是不允许跨分片做表连接查询的。为了解决跨分片表连接的问题，Mycat提出了父子表这种解决方案。父子表规定父表可以有任意的切分算法，但与之关联的子表不允许有切分算法，即子表的数据总是与父表的数据存储在一个分片中。父表不管使用什么切分算法，子表总是跟随着父表存储。例如，用户表与订单表是有关联关系的，我们可以将用户表作为父表，订单表作为子表。当A用户被存储至分片1中，那么A用户产生的订单数据也会跟随着存储在分片1中，这样在查询A用户的订单数据时就不需要跨分片了。如下图所示：
了解了父子表的概念后，接下来我们看看如何在Mycat中配置父子表。首先，在s开发云主机域名chema.xml文件中配置父子表关系：childTable标签说明：完成以上配置后，让Mycat重新加载配置文件：接着在所有分片中创建t_orders表，具体的建表SQL如下：现在分片中有两个用户，id为1的用户存储在第一个分片，id为2的用户存储在第二个分片。此时，通过Mycat插入一条订单记录：由于该订单记录关联的是id为1的用户，根据父子表的规定，会被存储至第一个分片中。如下图：
同样，如果订单记录关联的是id为2的用户，那么就会被存储至第二个分片中：测试结果如下：
由于父子表的数据都是存储在同一个分片，所以在Mycat上进行关联查询也是没有问题的：
在以上小节的示例中，我们可以看到对后端数据库集群的读写操作都是在Mycat上进行的。Mycat作为一个负责接收客户端请求，并将请求转发到后端数据库集群的中间件，不可避免的需要具备高可用性。否则，如果Mycat出现单点故障，那么整个数据库集群也就无法使用了，这对整个系统的影响是十分巨大的。所以本小节将演示如何去构建一个高可用的Mycat集群，为了搭建Mycat高可用集群，除了要有两个以上的Mycat节点外，还需要引入Haproxy和Keepalived组件。其中Haproxy作为负载均衡组件，位于最前端接收客户端的请求并将请求分发到各个Mycat节点上，用于保证Mycat的高可用。而Keepalived则用于实现双机热备，因为Haproxy也需要高可用，当一个Haproxy宕机时，另一个备用的Haproxy能够马上接替。也就说同一时间下只会有一个Haproxy在运行，另一个Haproxy作为备用处于等待状态。当正在运行中的Haproxy因意外宕机时，Keepalived能够马上将备用的Haproxy切换到运行状态。Keepalived是让主机之间争抢同一个虚拟IP（VIP）来实现高可用的，这些主机分为Master和Backup两种角色，并且Master只有一个，而Backup可以有多个。最开始Master先获取到VIP处于运行状态，当Master宕机后，Backup检测不到Master的情况下就会自动获取到这个VIP，此时发送到该VIP的请求就会被Backup接收到。这样Backup就能无缝接替Master的工作，以实现高可用。引入这些组件后，最终我们的集群架构将演变成这样子：
Haproxy由于是老牌的负载均衡组件了，所以CentOS的yum仓库中自带有该组件的安装包，安装起来就非常简单。安装命令如下：配置Haproxy：由于配置了3306端口用于TCP转发，以及4001作为Haproxy监控界面的访问端口，所以在防火墙上需要开放这两个端口：完成以上步骤后，启动Haproxy服务：然后使用浏览器访问Haproxy的监控界面，初次访问会要求输入用户名密码，这里的用户名密码就是配置文件中所配置的：
登录成功后，就会看到如下页面：
Haproxy的监控界面提供的监控信息也比较全面，在该界面下，我们可以看到每个主机的连接信息及其自身状态。当主机无法连接时，Status一栏会显示DOWN，并且背景色也会变为红色。正常状态下的值则为UP，背景色为绿色。另一个Haproxy节点也是使用以上的步骤进行安装和配置，这里就不再重复了。Haproxy服务搭建起来后，我们来使用远程工具测试一下能否通过Haproxy正常连接到Mycat。如下：
连接成功后，在Haproxy上执行一些SQL语句，看看能否正常插入数据和查询数据：
我们搭建Haproxy是为了让Mycat具备高可用的，所以最后测试一下Mycat是否已具备有高可用性，首先将一个Mycat节点给停掉：此时，从Haproxy的监控界面中，可以看到mycat_01这个节点已经处于下线状态了：
现在集群中还剩一个Mycat节点，然后我们到Haproxy上执行一些SQL语句，看看是否还能正常插入数据和查询数据：
从测试结果可以看到，插入和查询语句依旧是能正常执行的。也就是说即便此时关掉一个Mycat节点整个数据库集群还能够正常使用，说明现在Mycat集群是具有高可用性了。实现了Mycat集群的高可用之后，我们还得实现Haproxy的高可用，因为现在的架构已经从最开始的Mycat面向客户端变为了Haproxy面向客户端。而同一时间只需要存在一个可用的Haproxy，否则客户端就不知道该连哪个Haproxy了。这也是为什么要采用VIP的原因，这种机制能让多个节点互相接替时依旧使用同一个IP，客户端至始至终只需要连接这个VIP。所以实现Haproxy的高可用就要轮到Keepalived出场了，在安装Keepalived之前需要开启防火墙的VRRP协议：然后就可以使用yum命令安装Keepalived了，需要注意Keepalived是安装在Haproxy节点上的：安装完成后，编辑keepalived的配置文件：配置说明：完成以上配置后，启动keepalived服务：当keepalived服务启动成功，使用ip addr命令可以查看到网卡绑定的虚拟IP：
另一个节点也是使用以上的步骤进行安装和配置，这里就不再重复了。以上我们完成了Keepalived的安装与配置，最后我们来测试Keepalived服务是否正常可用，以及测试Haproxy是否已具有高可用性。首先，在其他节点上测试虚拟IP能否正常ping通，如果不能ping通就需要检查配置了。如图，我这里是能正常ping通的：
常见的虚拟IP ping不通的情况：确认能够从外部ping通Keepalived的虚拟IP后，使用Navicat测试能否通过虚拟IP连接到Mycat：
连接成功后，执行一些语句测试能否正常插入、查询数据：
到此就基本没什么问题了，最后测试一下Haproxy的高可用性，将其中一个Haproxy节点上的keepalived服务给关掉：然后再次执行执行一些语句测试能否正常插入、查询数据，如下能正常执行代表Haproxy节点已具有高可用性：

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