伴随互联网的高速发展，对业务系统的能力要求也越来越高，做为底层提供数据服务的MySQL数据库更是如此；基本的MySQL集群模式虽提供了高可用、高并发的服务能力，但突然的高并发，或流量并没被业务架构层层过滤，最终过载的流量流向数据库，这时MySQL的服务能力就会降低，甚至雪崩。
高质量的MySQL服务就是时时提供高可用、高效、高稳定的能力，杜绝雪崩产生。
本文采用限流、超时SQL拦截的手段来保证MySQL服务的高质量，但MySQL数据库本身或现有集群模式并没提供这种能力。因此需设计一个数据库中间件来提供这种能力，事前杜绝这些隐患，保证后端MySQL服务的高质量。下图为数据库中间件产品的主要功用模块，简单说明以下几个：
1）SQL解析器：对客户端发来的sql语句进行解析处理，以便进行sql的路由操作。
2）SQL拦截器：对耗时超过阀值的SQL进行拦截，直接返回错误，不再路由至后端MySQL数据库。
3）SQL路由器：对解析后的sql语句，依据读写分隔、分片配置信息，转发至相应后端MySQL节点。
4）限流器：限制后端MySQL节点的QPS能力，降低突增流量带来的影响。
2.1 限流
限流的方式有很多种，以下为目前常见的限流方式：
通过限制单位时间段内调用量来限流
通过限制系统的并发调用程度来限流
使用漏桶（Leaky Bucket）算法来进行限流
使用令牌桶（Token Bucket）算法来进行限流
令牌桶算法
本产品采用令牌桶算法进行业务的限流，下面简单介绍下令牌桶算法
1）以固定频率往桶中添加令牌，如果桶满，则丢弃
2）请求到来时，从桶中取N个令牌
3）如果桶中现有令牌数>=N，则执行请求，并销毁N个令牌
4）如果桶中现有令牌数<N，则请求直接返回或等待
程序实现逻辑
首先程序实现一个令牌桶算法模块，以MySQL最大QPS为频率向桶中添加令牌，以后每个数据库请求都需访问该模块，以判读该请求是否可以执行。
1）初始化N个令牌桶
后端有多少MySQL节点，则初始化多少个令牌桶，并与节点绑定。以相应节点最大QPS为频率，即1/QPS秒向桶中添加一个令牌
2）令牌请求
客户端请求的SQL经过解析后，由SQL路由器转发至某一个后端MySQL节点时，请求相应令牌桶中的令牌，请求满足，则执行相应SQL
3）令牌不足
如果请求不满足，则把SQL放入相应节点队列中等待，直到有令牌满足或队列满时直接返回错误。
2.2 超时SQL拦截
超时SQL拦截的意思是，耗时的SQL语句直接返回错误，不再路由转发至后端节点；当某类sql运行时长超过阀值，并达到一定次数后，记录下该类sql的id，下次再有这类sql请求时，中间件直接拦截并返回错误。
程序实现这种逻辑的方法有很多种，比如使用map结构，以sql的id做为key，或者以数组方式记录下超时sql的id，但这类方式占用内存较高，并且效率很低；再比如使用redis数据库，以sql_id做为key来缓存这些数据，虽说redis效率比较高，但每次sql请求都要访问一次，总体来说效率还是比较低的。
本产品以降低内存使用、提高效率为目的，采用的是位图算法。
位图算法(bitmap)
在一个结构中，用一个比特位来描述一个数据的状态，这种结构就称为位图。位图实际上是哈希表的一种变形，它的主要使用场景为：
大数据滤重
大数据查询、定位
大数据排序
它的主要优点为：
节省内存
位操作，效率更快
程序实现逻辑
程序实现一个位图模块，主要有设置(set)、查询(get)、清除(clear)sqlid等方法。
1）初始化位图模块
初始化一个容量为2^20的byte数组为bitmap，占用内存128K，可记录百万类SQL
2）SQL请求过滤
每个SQL请求到来时，生成该类sql的数字标识符id，用该id与bitmap进行位与运算，如果为0，则执行sql，否则直接返回。
3）SQL请求超时
如果sql运行时长超过阀值，并达到固定次数后，用该sqlid 与bitmap进行位或运算，以达到在bitmap中记录的目录。
4）超时SQL入库
超时sql异步入库，以达到后期优化处理的目的。
本文以限流、超时SQL拦截两个手段来达到提高MySQL服务质量的目的。限流是为了拦截突增流量，保证Mysql服务的稳定；超时SQL拦截是为了提高MySQL服务效率，减低MySQL服务器资源使用率。
