DTC - Distributed Table Cache 分布式表缓存

概述

DTC是一个分布式表级缓存系统，可为数据库提供热点数据缓存支持，减少数据库的访问压力。 DTC系统由以下组件组成:

Agent - 提供Key一致性Hash路由、命令请求的服务；能够减少Cache的连接数，提升性能。
Dtcd - 提供热点数据缓存、DB代理的服务。
Connector - 此组件为缓存与持久化存储数据库（例如：MySql）之间提供连接和数据传输功能。

特征

为数据库提供保护机制：
- 保护空节点，防止缓存穿透。
- 提供永不过期的缓存数据，防止缓存击穿。
- 数据源线程柔性可用，保护数据库有限的连接数。
- 预估超时机制，减少无效数据库请求。
保障缓存和数据库的数据一致性：
- write-through机制，保证缓存和数据库数据一致。
- 栅栏机制，防止高并发情景下更新请求丢失。
缓存高性能：
- 集成内存分配机制，避免频繁系统调用。
- I/O多路复用机制，承接大并发请求量。
- 多种数据结构模型，提高内存。
扩展性：
- 缓存节点横向扩容，增强缓存容量。
- 缓存节点纵向扩容，支持备读，解决热key问题。
- 支持分库分表，支持持久化存储的拓展。

性能

单核CPU，单DTC实例环境下，可支持90,000 QPS的查询请求量；
在真实的分布式场景中，DTC可提供超过3,000,000 QPS的查询服务，命中率在99.9%以上，且平均响应时长在200微秒(μs)以内。

场景一：内存缓存模式

内存缓存模式又称CacheOnly模式，是数据仅存储在共享内存中，类似redis的功能，断电即丢失。但由于使用了共享内存，即使进程挂掉或者重启，在下次启动dtc之后，仍然能够访问到存储的数据。客户端不需要特定的sdk，使用mysql-cli命令行便可访问dtc，并支持兼容类似mysql的增删改查命令。目前也已支持c++和python通过mysql的sdk访问。目前支持的sdk有 | 语言 | SDK | 备注 | |-------|----------------|-------------| | Shell | mysql5.7 | mysql的官方命令行，mysql8.0仍有bug正在解决，暂不支持 | | C++ | libmysqlclient | C++的常用库 | | Python | pymysql | python常用的mysql库，代码详见tests/test_dtcd_cache_only.py |

### 1、配置文件 #### 1.1 dtc.yaml dtc.yaml文件是dtc的主要配置文件，这里可以配置缓存的表结构、内存大小、监听端口等。下载解压缩安装包，新建dtc的配置文件dtc.yaml，文件位置在dtc/conf：

# 
# DTC configure file. v2
# Cache Only Test cases.
#
props:
  log.level: debug
  listener.port.dtc: 20015
  shm.mem.size: 100 #MB

primary:
  db: dtc
  table: &table opensource
  cache:
    field:
      - {name: &key uid, type: signed, size: 4}
      - {name: name, type: string, size: 50}
      - {name: city, type: string, size: 50}
      - {name: sex, type: signed, size: 4}
      - {name: age, type: signed, size: 4}

配置字段解释：

props.log.level：日志输出等级，已弃用，现在在log4cplus.conf中配置
props.listener.port.dtc：dtc监听的端口
props.shm.mem.size：开辟的共享内存的大小，用于存储缓存数据，单位MB
primary.db：数据库的名称，在CacheONLY模式下，只在sql的db字段有用，例如：select uid from dbname.tablename;
primary.table: 缓存表的名称，在撰写sql语句时，需要用到，示例上；
primary.cache: 配置文件中需重点关注的部分，用于设计缓存表的结构
primary.cache.field：数组类型，每一个节点代表一个field字段；
primary.cache.field[].name：字段名
primary.cache.field[].type: 字段的类型，可以设置为signed(有符号数字类型），unsigned（无符号数字类型），string(字符串类型），binary（大小写敏感字符串类型）
primary.cache.field[].size: 字段的长度，比如int signed可以设置为4/8等，string类型的size可以设置为字符串允许的最大长度。

#### 1.2 log4cplus.conf

此配置文件是日志的配置文件，依赖于log4cplus组件，配置和log4cplus相同。可以配置日志的打印级别、日志的输出目录和名称等。

#### 1.3 my.conf

此文件配置dtc的编码形式，当前默认的配置文件中是default-character-set=utf8，显示utf8的编码，如需其他编码类型，可以自行修改。

### 2、启动服务

启动脚本是dtc/bin/dtc.sh，参数为stop | start | restart。
启动进程执行：
`./dtc.sh start`
停止进程执行：
`./dtc.sh stop`

如果启动成功，可以在打印监听端口的时候，显示到监听端口。

如果启动成功，也可以在进程中看到两个dtcd服务。其中一个是父进程用于watchdog，另一个是真正的dtc业务

如果未执行成功，请到dtc/log中查看错误日志，并寻求解决办法。

### 3、连接DTC

使用mysql的客户端命令行便可连接访问dtc服务,如未安装，可以执行以下命令安装：
ubuntu:
`apt install mysql-client`
注意当前只支持mysql5.X版本，mysql8.0版本的客户端存在兼容性问题正在解决。

执行`mysql -h127.0.0.1 -P20016`即可像访问mysq一样，访问dtc服务：
mysql -h和-P是mysql客户端的标准参数，分别制定ip地址和服务的port端口，如连接成功将如下图所示

关于兼容支持的SQL语法，详见操作手册。

### 4、操作DTC #### 4.1 mysql命令行 ##### 4.1.1 写缓存可以像在mysq中插入数据一样执行insert的sql来插入缓存：

insert into opensource(uid, name, city, sex, age) values(2, "kfysck", "shanghai", 1, 18);

当前只支持上面这种插入的语法，当插入成功之后就会显示以插入一行数据

##### 4.1.2 读缓存

和mysql一样，通过select的sql来读取缓存中的数据：

select uid,name,city,sex,age from opensource where uid = 2;

同时也支持通配符*星号：

select * from opensource where uid = 2;

#### 4.2 Python SDK

支持python常用的pymysql库，测试用例详见tests/test_dtcd_cache_only.py

##### 4.2.1 写缓存

import pymysql

db = pymysql.connect(host='127.0.0.1', port=20015, user='test', password='test', database='test')
cursor = db.cursor()
sql = "insert into opensource(uid, name) values(1, 'hello')"
cursor.execute(sql)
db.commit()
rowsaffected = cursor.rowcount
print("affected rows: %s" % (rowsaffected))
cursor.close()
db.close()

##### 4.2.2 读缓存

import pymysql

db = pymysql.connect(host='127.0.0.1', port=20015, user='test', password='test', database='test')
cursor = db.cursor()
sql = "select uid, name from opensource where uid = 1"
cursor.execute(sql)
results = cursor.fetchall()
for row in results:
    uid = row[0]
    name = row[1]
    print("uid=%s, name=%s" % (uid, name))
db.close()

社区

在使用过程中遇到问题，或有好的意见建议，请提交Issues。
欢迎贡献代码，提交Pull Requests。

第三方依赖

项目成员

付学宝（项目发起者、导师、总设计师）
林金明（项目开发）
仇路（项目开发）
杨爽（项目开发）
朱林（项目开发）
陈雨杰（项目开发）
吴昕臻（项目开发）
曹沛（项目开发）

特别感谢

感谢京东副总裁王建宇博士给予项目的大力支持，多次参与指导提供建议和方向！

许可证

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DTC - Distributed Table Cache 分布式表缓存

概述

特征

性能

场景一：内存缓存模式

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