本文将介绍易仓跨境SaaS云原生数据库架构演进过程，并分享PolarDB MySQL引擎在易仓跨境SaaS实践经验。
作者介绍：
程涵，高级DBA，主要负责易仓SaaS数据库架构设计，监控设计优化，性能调优以及新技术预研工作。
SaaS（Software as a Service，软件即服务）是指软件厂商将应用统一部署在其服务器上，客户根据实际需要向厂商订购及支付费用，并通过互联网最终获得服务的模式。相比于传统软件，SaaS最大的特点在于其多租户架构，包括容器、数据库等服务，对多租户的资源复用能够有效降低开发和运维成本，实现持续快速的升级迭代。早期SaaS软件服务商一般会使用Oracle或者SQLServer比较多，但因为生态、人才、成本的原因，国内厂商趋势慢慢转向MySQL及MySQL生态兼容的数据库。除了数据库选型外，还有一个必须要谨慎考虑的问题是，怎么隔离租户数据？早期一般采用按字段区分租户，所有的租户共享一套库表结构，数据隔离性会比较差，租户数据拆分困难，所以头部SaaS厂商慢慢转向按库分租户，每个租户一套表结构，并期望单实例可以支持更多租户，降低租户资源成本，同时实现更好的租户资源隔离，所以单实例往往会有几百上千租户，单实例要支持数百万表。
01 SaaS场景海量表
对于小租户，为了给租户提供更好的数据隔离性，易仓采用的是按库分租户的模式，数百租户共享一个MySQL数据库实例，单实例会有数百万张表，这对数据库是一个巨大的挑战。在MySQL实例海量表场景下，数据库实例在版本升级，参数变更，或者故障时，需要快速重启数据库恢复服务，但由于表结构太多，MySQL实例启动过程中，需要加载所有表文件，读取文件头页获取文件的meta数据，当表数百万时，表文件也有数百万，要读取的文件太多，每个头文件一次IO，重启时长甚至会长达数十分钟，对业务影响会非常大。另外，在海量表场景，热点表数量也会相应陡增，不仅系统要支持更大句柄数，而且需要更多内存资源缓存热点表的元数据和表文件句柄信息，DBA需要结合业务场景，不断优化参数来提升数据库性能。
以我们重点优化的两个场景为例：
首先，针对易仓跨境SaaS单实例数百万表单场景，易仓运维团队联合PolarDB MySQL团队做了专项快速重启优化，将表的文件meta数据下沉到⽂件系统superblock，一次IO可读大批量文件的meta，bypass所有的⽂件操作，单实例100万表的重启时间提速到30 ~ 60s，200万张可以控制在120秒内。重启时间大幅缩减到原来的1/10，大幅降低实例重启时的服务中断时间，保障易仓跨境SaaS服务可以提供高水平可用性。
其次，针对易仓跨境SaaS海量表场景，热点表徒增的问题，使用PolarDB默认参数配置，往往不能同时满足性能和稳定的要求。我们对部分核心参数进行了调优：
- 调大参数open_definition_cache和open_table_cache，缓存更多热点表的元数据，提高打开表的效率，同时适当调低参数innodb_buffer_pool_size，让出一些内存给到open_definition_cache和open_table_cache，使得数据库的性能达到一个性能比较均衡状态。
- 调大参数table_open_cache_instances，那么实例会创建更多open_table_cache对象，相当于增加了锁的分桶数目，降低了锁的粒度，减少高并发时锁冲突的等待时间，提升PolarDB数据库性能。
下表是我们跨境ERP在实践过程中，形成的一个PolarDB参数配置最佳实践。
02 快速DDL+并发控制
在SaaS场景多租户架构背景下，我们数百小租户共享一个数据实例，按库分租户，每个库一套相同的表。由于业务快速发展，版本迭代变更频繁，经常要给表加索引，给表新增、修改字段，删除表，truncate表数据等操作，这种一般都是由系统自动批量下发数据库，一次数百个DDL操作。
官方MySQL的实现里，很多DDL操作都是有锁变更，DDL会对表加MDL锁，会长时间堵塞数据库影响业务运行，导致业务变更效率太低，耗时不可控。其次针对很多涉及到数据拷贝的DDL操作，如建索引，修改主键等，MySQL的原生实现都是单线程穿行，对一些大表往往耗费数小时甚至数天的时间，进而导致失败概率高对业务的影响时间也长。
PolarDB MySQL支持Parallel DDL，利用并行 scan/build Index，和深度优化的并行merge sort，可以帮助我们大幅度提升加索引效率，将DDL的速度提升了10倍，极大的减小了发版变更对业务影响的时间窗口，进而减轻了运维团度的工作量。
另外，还有一个一直困扰我们的问题，怎样可以快速对表新增、修改和删除字段？在多租户架构下，虽然可能只能对一张表新增一个字段，但乘以租户数，DDL的数量动辄达到数百个，所以我们十分需要数据库支持快速DDL。上线PolarDB MySQL引擎后，现在可以秒级新增表字段，而且PolarDB即将推出秒级修改和删除字段的能力，在变更操作时只需修改表定义信息，无需修改底层数据，非常适合我们这种按库分租户的SaaS场景。
--使用秒级加字段功能，ddl操作加上algorithm=instant即可
alter table test.t add column test_column int, algorithm=instant;
下面对一张47亿行数据的表操作增加列，耗时仅0.02秒：
我们使用了PolarDB秒级加字段后，由于涉及到表元数据变更，还是会有短暂的MDL锁。这在PolarDB实例负载过高的情况下，对数据库实例中所有库一起加字段或者做其它DDL操作，还是可能会堵塞实例，所以我们希望可以分批次操作。基于PolarDB提供的语句并发控制CCL（Concurrency Control）功能，可以控制语句的并发数，避免堵塞数据库。比如，系统一次下发300个alter表语句，可以通过CCL限制一次并发执行30个，分10次执行，这块可以保证不会阻塞数据库实例。
- 增加ccl规则
-- 限制表名为ec_product的alter语句，每次只能并发执行10个
dbms_ccl.add_ccl_rule('alter','','ec_product', '10', '');
• 查看ccl规则
dbms_ccl.show_ccl_rule(); -- 显示当前正在生效的限流规则
• 删除ccl规则
dbms_ccl.del_ccl_rule(75792); -- 删除编号为75792的限流
03 大量短连接优化
易仓应用开发语言主要是PHP，应用层面没有使用连接池，在数据库中会产生大量短连接。对每一个短连接，传统上MySQL都会创建一个独立的线程来响应请求。当MySQL数据库有大量的连接存在时，会出现频繁线程切换消耗CPU导致性能下降。同时大量的系统线程调度和缓存失效，也会导致数据库性能急剧下降。所以，我们期望数据库内核层面可以提升处理效率，在大量短链接场景保证性能不下降。
经过调研和测试，在应用端存在PHP大量短连接的场景，我们选择使用了PolarDB数据库代理层面自带事务级连接池功能，其大幅减少了短连接场景下频繁创建短连接给数据库带来的负载。PolarDB开启事务级连接池后，当客户端发送请求时，会先与PolarDB代理建连，代理不会马上将其与后端数据库建连，而是先从事务级连接池里查找是否存在可用的连接（库名、用户名、客户端IP三要素可以链接复用）。若不存在，代理会与数据库创建一个新连接；若存在，则从连接池里直接拿出并使用，并在当前事务结束后将该连接放回事务级连接池，方便下个请求继续使用。数据库层面支持连接复用，可以无缝地解决我们PHP大量短连接场景遇到的问题，业务无需做任何代码调整，极大的降低了业务开发成本。
04 计算快弹 + 存储按量付费
易仓主要做跨境电商业务，租户（卖家）会经常搞大促，特别在黑5、双11等节日，业务流量会徒增，MySQL数据库计算资源存储需要支持快速扩容，应对业务洪峰。租户业务也有生命周期，当租户停用下线时，如果数据库存储资源不能自动回收，会导致存储资源浪费，增加资源成本。传统上面对这种问题，一般通过迁移新实例或合并实例方式来回收存储资源，但耗时太长，运维成本会比较高。
PolarDB MySQL采用存储和计算分离的架构，所有计算节点共享一份数据，扩容时不需要迁移底层数据，增减节点可以在分钟级完成，可以满足我们跨境电商大促时，快速升配的需求。PolarDB存储采用分布式块存储设计和文件系统，使得存储容量不限制于单节点的规格，扩展比较容易，可以支持100TB级别的数据规模，我们不用担心会有存储容量瓶颈。而且存储空间无需手动配置，根据数据量自动伸缩，按实际使用量计费。租户停用下线清理后，存储会自动回收，节约资源成本。
基于共享存储架构的数据库完美解决了传统本地盘部署时，DBA需要面对的扩缩容及容量管理的挑战。极大降低了运维负担。
结语
一直以来，我们也有尝试各种类型的数据库，期望可以解决易仓在跨境SaaS遇到的独特问题和挑战。从早期自建MySQL，然后到RDS，再到TiDB…，中间我们也踩过很多坑，但一直没有找到一个完美的解决方案。
直到最后使用了PolarDB， 因为PolarDB在海量表支持、计算存储资源快速弹性伸缩、快速稳定DDL、海量短链接支持等方面的能力，完美的解决了我们SaaS场景遇到的各种极端问题。最终我们的业务在PolarDB的支持下持续稳定的进行迭代，更好的服务了我们的客户！
