MySQL壓縮協(xié)議介紹

1.適用場景

MySQL壓縮協(xié)議適合的場景是MySQL的服務(wù)器端和客戶端之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很大，或者可用帶寬不高的情況，典型的場景有如下兩個(gè)：

（1）查詢大量的數(shù)據(jù)，帶寬不夠，比如導(dǎo)出數(shù)據(jù)的時(shí)候。

（2）復(fù)制的時(shí)候binlog量太大，啟用slave_compressed_protocol參數(shù)進(jìn)行日志壓縮復(fù)制。

2.壓縮協(xié)議簡介

壓縮協(xié)議是MySQL通信協(xié)議的一部分，要啟用壓縮協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，需要MySQL服務(wù)器端和客戶端都支持zlib算法。啟動壓縮協(xié)議會導(dǎo)致CPU負(fù)載略微上升。使用啟用壓縮協(xié)議使用-C參數(shù)或者--compress=true參數(shù)啟動客戶端的壓縮功能。如果啟用了-C或者compress=true選項(xiàng)，那么在連接到服務(wù)器段的時(shí)候，會發(fā)送0x0020（CLIENT_COMPRESS）的服務(wù)器權(quán)能標(biāo)志位，和服務(wù)器端協(xié)商通過后（3次握手以后），就支持壓縮協(xié)議了。由于采用壓縮，數(shù)據(jù)包的格式會發(fā)生變化，如圖1和圖2所示。

圖1 未壓縮的數(shù)據(jù)包格式

圖2 壓縮后的數(shù)據(jù)包格式

大家可能留意到壓縮后的數(shù)據(jù)報(bào)格式有壓縮和未壓縮之分，這個(gè)是MySQL為了較少CPU開銷而做的一個(gè)優(yōu)化。如果內(nèi)容小于50個(gè)字節(jié)的時(shí)候，就不對內(nèi)容進(jìn)行壓縮，而大于50字節(jié)的時(shí)候，才會啟用壓縮功能。具體的規(guī)則如下：

當(dāng)?shù)谌齻€(gè)字段的值等于0x00的時(shí)候，表示當(dāng)前包沒有壓縮，因此n*byte的內(nèi)容為1*byte,n*byte，即請求類型和請求內(nèi)容。

當(dāng)?shù)谌齻€(gè)字段的值大于0x00時(shí)，表示當(dāng)前包已采用zlib壓縮，因此使用的時(shí)候需要對n*byte進(jìn)行解壓，解壓后內(nèi) 容 為1*byte,n*byte，即請求類型和請求內(nèi)容。

3.方案實(shí)踐

在客戶端連接的時(shí)候加上-C或者--compress=true參數(shù)。如果是對同步添加壓縮協(xié)議支持時(shí)，則需配 置slave_compressed_protocol=1。下面是采用壓縮協(xié)議連接MySQL服務(wù)端的范例：

如果需要在主從復(fù)制中啟用壓縮傳輸，則在從機(jī)開 啟slave_compressed_protocol=1參數(shù)就OK。

4.壓縮效果

可通過在mysqldump中使用--compress選項(xiàng)來觀察壓縮傳輸?shù)男Ч?，也可通過主從復(fù)制中已用slave_compressed_protocol參數(shù)來觀察壓縮傳輸?shù)男Ч?，很容易看出效果?/p>

MySQL列壓縮解決方案

MySQL針對列的壓縮目前直接的方案并不支持，映象中騰訊的Tmysql可以直接針對列的壓縮。這里主要介紹一個(gè)曲線救國的辦法，即在業(yè)務(wù)層面使用MySQL提供的壓縮和解壓函數(shù)來針對列進(jìn)行壓縮和解壓操作。也就是要對某一列做壓縮，就需要在寫入的時(shí)候調(diào)用COMPRESS函數(shù)對那個(gè)列的內(nèi)容進(jìn)行壓縮，然后存放到對應(yīng)的列。讀取的時(shí)候，使用UNCOMPRESSED函數(shù)對壓縮的內(nèi)容進(jìn)行解壓縮。

1.適用場景

針對MySQL中某個(gè)列或者某幾個(gè)列數(shù)據(jù)量特別大，一般都是 varchar、text、char等數(shù)據(jù)類型。

2.壓縮函數(shù)簡介

圖3 壓縮比截圖

MySQL的壓縮函數(shù)COMPRESS壓縮一個(gè)字符串，然后返回一個(gè)二進(jìn)制串。使用該函數(shù)需要MySQL服務(wù)端支持壓縮，否則會返回NULL，壓縮字段最好采用varbinary或者blob字段類型保存。使用UNCOMPRESSED函數(shù)對壓縮過的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓。注意，采用這種方式需要在業(yè)務(wù)側(cè)做少量改造。壓縮后的內(nèi)容存儲方式如下：

（1）空字符串就以空字符串存儲。

（2）非空字符串存儲方式為前4個(gè)bype保存未壓縮的字符串，緊接著保存壓縮的字符串。

3.方案實(shí)踐

字段壓縮方案涉及到的幾個(gè)相關(guān)的函數(shù)如下：

壓縮函數(shù)

COMPRESS()

解壓縮函數(shù)

UNCOMPRESS()

字符串長度函數(shù)

LENGTH()

未解壓字符串長度函數(shù)

UNCOMPRESSED_LENGTH()

實(shí)踐步驟：

（1）創(chuàng)建一張測試表：

CREATE TABLE IF NOT

（2）網(wǎng)表中插入壓縮的數(shù)據(jù)：

（3）讀取壓縮的數(shù)據(jù)：

（4）查詢對應(yīng)的長度和內(nèi)容：

4.壓縮效果

從圖3中可以看出壓縮效果比較好，針對text、char、varchr、blob等，如果里面重復(fù)的數(shù)據(jù)越多壓縮效果就越好。

InnoDB表壓縮解決方案

1.適用場景

采用壓縮表一般都用在由于數(shù)據(jù)量太大，磁盤空間不足，負(fù)載主要體現(xiàn)在IO上，而服務(wù)器的CPU又有比較多的余量的場景。

2.表壓縮簡介

（1）為什么需要壓縮

目前很多表都支持壓縮，比 如 Myisam、InnoDB、TokuDB、MyRocks 。由于使用InnoDB主要是不需要做什么改動，對線上完全透明，壓縮方案也成熟，因此這里只對InnoDB做詳細(xì)說明。

在SSD沒有大量橫行的時(shí)候，數(shù)據(jù)庫幾乎都是IO負(fù)載型的，在CPU有大量余量的時(shí)候，磁盤IO的瓶頸就已經(jīng)凸顯出來。而數(shù)據(jù)的大量存儲，尤其是日志型數(shù)據(jù)和監(jiān)控類型的數(shù)據(jù)，會導(dǎo)致磁盤空間快速增長。硬盤不夠用也會在很多業(yè)務(wù)中凸顯出來。

一種比較好的方式就誕生了，那就是通過犧牲少量CPU資源，采用壓縮來減少磁盤空間占用，以及優(yōu)化IO和帶寬。尤其針對讀多寫少的業(yè)務(wù)。

SSD出來后，數(shù)據(jù)庫的IO負(fù)載有所降低，但是對于磁盤空間的問題還是沒有很好的解決。因此壓縮表使用還是非常的廣泛。這也就是為什么那么多的引擎都支持壓縮的原因。

而Innodb在MySQL 5.5的時(shí)候就支持了壓縮功能，只是壓縮比比較低，通常在50%左右。而tokuDB能達(dá)到80%左右，MyRocks的壓縮比能達(dá)到70%左右。

注意：壓縮比和存儲的數(shù)據(jù)組成有很大關(guān)系，并不是所有的數(shù)據(jù)都能達(dá)到上面所說的壓縮比。如果大部分是字符串，并且重復(fù)的數(shù)據(jù)比較多，壓縮比會很好。

（2）Innodb的壓縮介紹

使用Innodb壓縮的前提條件是，innodb_file_per_table這個(gè)參數(shù)要啟用，innodb_file_format這個(gè)參數(shù)設(shè)置成Barracuda。

你可以使用ROW_FORMAT=COMPRESSED來create或者alter表來開啟Innodb的壓縮功能，如果沒有指定KEY_BLOCK_SIZE的大小，默認(rèn)KEY_BLOCK_SIZE為innodb_page_size大小的一半，也可以通過指定KEY_BLOCK_SIZE=n參數(shù)來開啟Innodb的壓縮功能，n可以為 1、2、4、8、16，單位是 K。n的值越小，壓縮比越高，消耗的CPU資源也越多。

注意：32K或者64K的頁不支持壓縮。啟用壓縮后，索引數(shù)據(jù)也同樣會被壓縮。

你也可以通過調(diào)整innodb_compression_level來設(shè)置壓縮的級別，級別從1~9，默認(rèn)是6。級別越低，意味著壓縮比越高，同時(shí)也意味著需要更多的CPU資源。

（3）壓縮算法

Innodb壓縮借助的是著名的zlib庫，采用L777壓縮算法，這種算法在減少數(shù)據(jù)大小和CPU利用方面很成熟高效。同時(shí)這種算法是無損的，因此原生的未壓縮的數(shù)據(jù)總是能夠從壓縮文件中重構(gòu)，LZ777實(shí)現(xiàn)原理是查找重復(fù)數(shù)據(jù)的序列號然后進(jìn)行壓縮，所以數(shù)據(jù)模式?jīng)Q定了壓縮效率，一般而言，用戶的數(shù)據(jù)能夠被壓縮50%以上。

（4）壓縮表在buffer_pool中如何處理？

在buffer_pool緩沖池中，壓縮的數(shù)據(jù)通過KEY_BLOCK_SIZE的大小的頁來保存，如果要提取壓縮的數(shù)據(jù)或者要更新壓縮數(shù)據(jù)對應(yīng)的列，則會創(chuàng)建一個(gè)未壓縮頁來解壓縮數(shù)據(jù)，然后在數(shù)據(jù)更新完成后，會將為壓縮頁的數(shù)據(jù)重新寫入到壓縮頁中。內(nèi)存不足的時(shí)候，MySQL會講對應(yīng)的未壓縮頁踢出去。

因此，如果你啟用了壓縮功能，你的buffer_pool緩沖池中可能會存在壓縮頁和未壓縮頁，也可能只存在壓縮頁。不過可能仍然需要將你的buffer_pool緩沖池調(diào)大，以便能同時(shí)能保存壓縮頁和未壓縮頁。

MySQL采用最少使用（LRU）算法來確定將哪些頁保留在內(nèi)存中，哪些頁剔除出去，因此熱數(shù)據(jù)會更多地保留在內(nèi)存中。當(dāng)壓縮表被訪問的時(shí)候，MySQL使用自適應(yīng)的LRU算法來維持內(nèi)存中壓縮頁和非壓縮頁的平衡。當(dāng)系統(tǒng)IO負(fù)載比較高的時(shí)候，這種算法傾向于講未壓縮的頁剔除，一面騰出更多的空間來存放更多的壓縮頁。當(dāng)系統(tǒng)CPU負(fù)載比較高的時(shí)候，MySQL傾向于將壓縮頁和未壓縮頁都剔除出去，這個(gè)時(shí)候更多的內(nèi)存用來保留熱的數(shù)據(jù)，從而減少解壓的操作。

圖4 壓縮前后對比圖

（5）如何評估KEY_BLOCK_SIZE是否合適？

為了更深入地了解壓縮表對性能的影響，在Information Schema庫中有對應(yīng)的表可以用來評估內(nèi)存的使用和壓縮率等指標(biāo)。

INNODB_CMP是收集的是某一類的KEY_BLOCK_SIZE壓縮表的整體狀況的信息，匯總的是所有KEY_BLOCK_SIZE壓縮表的統(tǒng)計(jì)。

而INNODB_CMP_PER_INDEX表則是收集各個(gè)表和索引的壓縮情況信息，這些信息對于在某個(gè)時(shí)間評估某個(gè)表的壓縮效率或者診斷性能問題很有幫助。INNODB_CMP_PER_INDEX表的收集會導(dǎo)致系統(tǒng)性能受到影響，必須innodb_cmp_per_index_enabled選項(xiàng)才會記錄，生產(chǎn)環(huán)境最好不要開啟。

我們可通過觀察INNODB_CMP表的壓縮失

敗情況，如果失敗比較多，則需要調(diào)大KEY_BLOCK_SIZE。一般建議KEY_BLOCK_SIZE設(shè)置為8。

3.方案實(shí)踐

（1）設(shè)置好innodb_file_per_table和innodb_file_format參數(shù)

SET GLOBAL innodb_file_per_table=1;SET GLOBAL innodb_file_format=Barracuda;

（2）創(chuàng)建對應(yīng)的壓縮表

CREATETABLE compress_test (c1 INT PRIMARY KEY,content varchar(255)) ROW_FORMAT=COMPRESSED KEY_BLOCK_SIZE=8;

如果是已經(jīng)存在的表，則通過alter來修改，SQL如下：ALTER TABLEcompress_test ROW_FORMAT=COMPRESSEDKEY_BLOCK_SIZE=8;

4.壓縮效果

壓縮效果通過線上的一個(gè)監(jiān)控的表修改為壓縮后的文件大小來說明，壓縮前后對比如圖4所示。