大量MySQL表导致服务变慢的问题

背景

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有一个业务需要分 1000 个库，每一个库中都有 80 个表，总共就是 80000 * 2 个文件。文件使用率还挺高，大概是 60000 * 2。

这个业务采用的高可用架构是 MMM，由于集群机器在硬件检查时发现有问题，必须要换掉。于是想了一个比较简单、影响面较小的方法去解决，就是找了另外两台机器迁移过去。同时，要求这四台机器属于同一个网段，VIP(虚拟 IP 地址)在机器之间可以漂移，这样业务就不需要修改 IP 地址即可迁移，相当于两次主从切换过程。

切换方案如图 16.1 所示。

从图 16.1 中可以看到，切换过程很简单，如下三步。

1. 先将原来的写节点(db1)与一个新的节点(db3)切换成一套集群，也就是把在 db2 上面的 VIP(读流量)切换到 db3 上面，此时 db1 与 db3 组成一套新集群。
2. 接着将 db1 和 db3 的角色互换，让 db3 成为写节点，db1 成为读节点。
3. 最后，再将 db1 读节点上面的 VIP(读流量)切换到 db4 上面，此时新的集群就是 db3 和 db4，db3 为写节点，已经切换完成。这样的变更是晚上做的。做好之后，观察了一段时间，发现没有什么问题(因为压力小)，所以觉得事情完成了，睡吧。 第二天上班之后，业务反映说迁移之后，数据库比原来慢了 10 倍(10 倍啊!感觉不可思议)。询问了一番，说没有任何变更，只是做了迁移之后就成这样了。同时经过观察，只有写库的读操作变慢了，而读库的读是不慢的。最后，业务已经受不了了，要求切换回去。还好，db1 还正在从 db3 复制，做了一个回退操作，把写挂在 db1 上面，把读挂在 db3 上面。神奇的是，问题解决了!好吧，那就先这样，走出去的路不能回头，总是要迁出去的，所以先在新旧两台机器上面挂着，查明原因后再切换回去(这样少做一步)。

以上是背景。

问题分析

环境对比

• db1 写入时，db1 写不慢，读不慢，db3 也不慢。
• db3 是新的硬件，db1 是老的、有问题的硬件。
• db3 切换成写之后，在慢查询文件中明显看到很多慢查询(使用相同的语句查询，原来是 50ms，现在是 500ms)，和监控是一致的。
• db1 和 db3 配置文件有差别，如图 16.2 所示(左边是 db3 的，右边是 db1 的)。

其他方面，环境完全相同，业务方面没有任何更改，重现慢的现象，只是需要切换而已。

图 16.3 是切换过程中的监控图，高起来的就是把流量切换到 db3 的情况，处于低谷的就是切换到 db1 的情况，效果非常明显，慢得立竿见影，好神奇!

原因分析

• 从对比中可以得知，db1 是正常的(以前长时间在这个机器上跑，没有问题)，而 db3 是不正常的。这个业务目前是读多写少，现在的现象是读慢。因为写少，没有发现慢，就不考虑了。
• 接着就是硬件的区别，二者都是 PCI-e 卡，老的、坏的概率比较大，从经验上来看新的会比较好，这是一个值得怀疑的点。但实际上，针对这个问题，找到了新卡的技术人员进行分析，将写切换到 db3 上之后观察，发现 IO 非常小，能看到的监控指数都非常正常。(他们也很纳闷。)
• 除此之外，唯一的区别就是二者的配置了，但从图 16.3 中可以看到，没有一个参数可以影响到让数据库的响应时间是原来的 10 倍。

但上面这些都只是分析，硬件测试之后，没有发现问题(也不能说就不是硬件的问题，一直吊在那里)。那只剩下配置了，所以接下来从这里入手吧，希望能成功!

那么，再找一个夜深人静的夜晚……

案例解决

首先要做的事情是，把 db3 的读流量切换到 db1，然后把配置完全换成 db1 的配置，将数据库重启，然后上线。此时，db1 是写节点，db3 是读节点，最神奇的时刻即将到来。

切换之后，经过观察，竟然没有问题了。问题已经解决，那么说明还是上面列出来的配置差别引起的问题。

那么解决之后，下面的工作就是重复一开始的工作，把 db1 下线，让 db4 上线。此刻，之前的迁移工作已经完成，线上服务没有问题。

但……开发同学，能给我半个小时，让我看看是哪个参数引起的么? 得到的回答是：“迅速点，就这一次，给你 20 分钟。”

把最有可能的参数找出来，比如字符集(实际上，上面列出的每一个，我们认为都不会有多大影响)，考虑到字符集是不可动态修改的参数，所以先把这个改了。重启，然后一个一个地动态修改、业务重启重连等，都没有发现。修改的这些参数包括：sql_mode、join_buffer_size、max_heap_size、sort_buffer_size，这些都没有影响。

结果已经说好的只有这一次，那就这样吧，任务成功完成，问题解决失败。

然而，这个问题“才下手头，却上心头”，总有一件事放心不下，约吧。 和开发商量了一下，我们想解决这个问题，知道其所以然，防止在其他业务上出现同样的问题。好吧，再给你们一次机会(来之不易啊)。

那么，再找一个夜深人静的夜晚……这次的月亮好像比上次更圆一些，是好日子的征兆么?

操作之前，还简单规划了一下，下面是当时的一个计划步骤。

^* 黑体的表示已经专门测试过，没有影响

步骤如下。

考虑到先重现问题，首先应该全部使用新配置测试一次，确定问题是否还存在。

因为重点考虑问题是因为 sql_mode 引起的，所以第二次只将这个参数改为老配置，这样就可以测试出其他配置组合时有问题，或者是没有问题，从而得出结论是 sqlmode 的问题。

如果上面还没有找到问题原因，那么就是除了 sql_mode 之外的其他参数组合出了问题(如果没有，则见鬼了)。此时，通过二分法测试，先测试 innodb_flush_log_at_trx_commit、innodb_open_files、sort_buffer_size 三个参数。

如果发现上一步有问题，则再进行二分;如果没有发现问题，则对 sync_binlog、join_buffer_size、tmp_table_size 进行二分。

如果能走到这里，那也是醉了。

再说吧。

按照步骤，一步步地开始做。

首先使用有问题的配置，测试一遍，发现是老样子，还是有问题的(真是幸运，问题还存在)。

把除了 sql_mode 之外的所有参数改成新的，其他都用老配置，测试发现没有问题。

做完了，也是没有问题。

做完了，还是没有问题。

我醉了。

此时当事人已经搞不清楚了，难道是某两个的组合会导致出现这样的问题?如果是这样的话，那情况就太多了，天已经亮了，很累，放弃吧!

就在想放弃的时候，突然有一种新的思路。在有问题的基础上，把所有经过测试没有影响的可以动态修改的参数改成与 db1 相同的参数，这样应该是最少量的可以影响到性能的参数组合了。此时，在 db1 与 db3 实例上分别执行 show variables，全量导出变量，进行对比，发现有几个参数的区别(左边是老的 db1，右边是新的 db3)，如图 16.4 所示。

此时，我们做了最后的挣扎，已经只剩下这 6 个了，看上去还是不会有什么影响，有些已经试过了，再随便试一次吧。二分查找，从下面开始找了三个参数，下线、重启、上线……发现问题竟然奇迹般地存在。而此时只剩下了三个参数，其中一个参数是 sync_binlog，有问题的是 0，肯定不会影响啊。只能定位到剩下的两个了，可以看到倒数第二个是一个 performance_schema 的参数，配置文件中没有设置，是默认的，可以忽略。于是，把问题定位到 open_files_limit 了。

此时，再做最后一次，只剩下 open_files_limit 的区别了。结果还是有问题，说明就是这个参数了。

回过头来想了一下，其实当初看区别的时候，这两个参数就在配置文件中，只是看着 13 万和 15 万相差不大，就忽略了。好吧，问题已经解决，找到了原因，天亮了，回家吧。

已经查到了是 open_files_limit 的原因。那么，究竟为什么在一个参数相差这么小的情况下会影响 10 倍的性能呢?查查源码!

通过 sysbench，创建 60000 个表，每个表 10000 行，在只读模式下，发现设置为 130000 时，QPS 可以达到 20000，而设置为 150000 的时候，QPS 只有 4000 左右。问题重现了，就简单多了。

此外，还有一个额外的发现。如果设置为 150000 之后，重启数据库，非常慢，大概需要 1 分钟，而设置为 130000 之后，只需要 10 秒左右。查看了一下在很慢的过程中 mysqld 的线程情况。其中，在启动的过程中，有一个线程长时间都基本处于同一个堆栈，使用 pstack mysqldpid 查看，如图 16.5 所示。

还有一个发现就是，当设置 open_files_limit 为相同的时候，performance_schema_max_file_instances 参数也相同了，并且这个参数没有设置过。那么，通过源码发现，这个参数竟然是通过 open_files_limit 值来设置的。如果 open_files_limit 值设置得比较大(这样就可以忽略掉其他影响条件，比如 max_connection 等)，performance_schema_max_file_instances 的值直接就是从 open_files_limit/0.65 得来的(源码对应函数 apply_load_factor)。这样就知道了，130000/0.65 正好是 200000，150000/0.65 正好是 230770，与图 16.4 所示相符合。

另外，通过测试发现，如果单独设置 performance_schema_max_file_instances 为不相同的值，而将 open_files_limit 设置为相同，性能还是不一样。从而可以确定与 open_files_limit 参数实际上没有什么关系，只是 performance_schema_max_file_instances 使用了默认值，它的值就来源于 open_files_limit/0.65 了，这样间接影响了 performance_schema_max_file_instances 值，突然有种“隔山打牛”的感觉。

还有一个发现，如果将 performance_schema_max_file_instances 设置为 200000、210000、220000、230000、240000、300000 等，性能都是差不多的，唯独设置为 230770 是有问题的。仔细研究之后发现，performance_schema_max_file_instances 最终影响的是 performance_schema 数据库中的 file_instances 表，这个表中的数据是通过一个 HASH 表来缓存的，而这个参数决定的是该 HASH 表的大小。

后面又做了一个非常无聊的测试，是 performance_schema_max_file_instances 值与 QPS 的对比，如图 16.6 所示。

至此，一切都豁然开朗了。结合上面非常慢的堆栈，以及将 performance_schema_max_file_instances 设置为不同值的现象，可以确定，这个问题最终是 HASH 算法的问题。当 HASH 桶大小为一个比较好看的数值时，这个算法就非常快，而如果是一个比较零碎的值时，算法就非常慢了，会导致响应时间是原来的 10 倍。

总结

这个问题，确实很诡异，万万没有想到是相差那么小的一个变量的问题(以至于一开始就被忽略了)。

这个问题，比较少见，只有表比较多的时候才会比较明显(因为表比较少的时候，算法相对比较稳定)。

这个问题，查明了，其实就是一个算法方面的 BUG。

这个问题，简单的规避方法是单独设置 performance_schema_max_file_instances 值为 0，或者设置 performance_schema_max_file_instances 为一个比较好看的数值，又或者设置 open_files_limit 为 0.65 的整数倍，这样都不会有问题。

这个问题，虽然影响比较小，但我们对问题的探索精神不能没有，要了然于胸。

这个问题，到此为止。

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