MySQL中间件之ProxySQL(8)：SQL语句的重写规则

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1.为什么要重写SQL语句

ProxySQL在收到前端发送来的SQL语句后，可以根据已定制的规则去匹配它，匹配到了还可以去重写这个语句，然后再路由到后端去。

什么时候需要重写SQL语句？

对于下面这种简单的读、写分离，当然用不上重写SQL语句。

这样的读写分离，实现起来非常简单。如下：

mysql_replication_hostgroups: 
+------------------+------------------+----------+
| writer_hostgroup | reader_hostgroup | comment  |
+------------------+------------------+----------+
| 10               | 20               | cluster1 |
+------------------+------------------+----------+

mysql_servers: 
+--------------+----------+------+--------+--------+
| hostgroup_id | hostname | port | status | weight |
+--------------+----------+------+--------+--------+
| 10           | master   | 3306 | ONLINE | 1      |
| 20           | slave1   | 3306 | ONLINE | 1      |
| 20           | slave2   | 3306 | ONLINE | 1      |
+--------------+----------+------+--------+--------+

mysql_query_rules: 
+---------+-----------------------+----------------------+
| rule_id | destination_hostgroup | match_digest         |
+---------+-----------------------+----------------------+
| 1       | 10                    | ^SELECT.*FOR UPDATE$ |
| 2       | 20                    | ^SELECT              |
+---------+-----------------------+----------------------+

但是，复杂一点的，例如ProxySQL实现sharding功能。对db1库的select_1语句路由给hg=10的组，将db2库的select_2语句路由给hg=20的组，将db3库的select_3语句路由给hg=30的组。

在ProxySQL实现sharding时，基本上都需要将SQL语句进行重写。这里用一个简单的例子来说明分库是如何进行的。

假如，计算机学院it_db占用一个数据库，里面有一张学生表stu，stu表中有代表专业的字段zhuanye(例子只是随便举的，请无视合理性)。

it_db库: stu表
+---------+----------+---------+
| stu_id  | stu_name | zhuanye |
+---------+----------+---------+
| 1-99    | ...      | Linux   |
+---------+----------+---------+
| 100-150 | ...      | MySQL   |
+---------+----------+---------+
| 151-250 | ...      | JAVA    |
+---------+----------+---------+
| 251-550 | ...      | Python  |
+---------+----------+---------+

分库时，可以为各个专业创建库。于是，创建4个库，每个库中仍保留stu表，但只保留和库名对应的学生数据：

Linux库：stu表
+---------+----------+---------+
| stu_id  | stu_name | zhuanye |
+---------+----------+---------+
| 1-99    | ...      | Linux   |
+---------+----------+---------+

MySQL库：stu表
+---------+----------+---------+
| stu_id  | stu_name | zhuanye |
+---------+----------+---------+
| 100-150 | ...      | MySQL   |
+---------+----------+---------+

JAVA库：stu表
+---------+----------+---------+
| stu_id  | stu_name | zhuanye |
+---------+----------+---------+
| 151-250 | ...      | JAVA    |
+---------+----------+---------+

Python库：stu表
+---------+----------+---------+
| stu_id  | stu_name | zhuanye |
+---------+----------+---------+
| 251-550 | ...      | Python  |
+---------+----------+---------+

于是，原来查询MySQL专业学生的SQL语句：

select * from it_db.stu where zhuanye='MySQL' and xxx;

分库后，该SQL语句需要重写为：

select * from MySQL.stu where 1=1 and xxx;

至于如何达到上述目标，本文结尾给出了一个参考规则。

sharding而重写只是一种情况，在很多使用复杂ProxySQL路由规则时可能都需要重写SQL语句。下面将简单介绍ProxySQL的语句重写，为后文做个铺垫，在之后介绍ProxySQL + sharding的文章中有更多具体的用法。

2.SQL语句重写

在mysql_query_rules表中有match_pattern字段和replace_pattern字段，前者是匹配SQL语句的正则表达式，后者是匹配成功后(命中规则)，将原SQL语句改写，改写后再路由给后端。

需要注意几点：

1. 如果不设置replace_pattern字段，则不会重写。
   
2. 要重写SQL语句，必须使用match_pattern的方式做正则匹配，不能使用match_digest。因为match_digest是对参数化后的语句进行匹配。
   
3. ProxySQL支持两种正则引擎：RE2和PCRE，默认使用的引擎是PCRE。这两个引擎默认都设置了caseless修饰符(re_modifiers字段)，表示匹配时忽略大小写。还可以设置其它修饰符，如global修饰符，global修饰符主要用于SQL语句重写，表示全局替换，而非首次替换。
   
4. 因为SQL语句千变万化，在写正则语句的时候，一定要注意"贪婪匹配"和"非贪婪匹配"的问题。
   
5. stats_mysql_query_digest表中的digest_text字段显示了替换后的语句。也就是真正路由出去的语句。

本文的替换规则出于入门的目的，很简单，只需掌握最基本的正则知识即可。但想要灵活运用，需要掌握PCRE的正则，如果您已有正则的基础，可参考我的一篇总结性文章：pcre和正则表达式的误点。

例如，将下面的语句1重写为语句2。

select * from test1.t1;
select * from test1.t2;

插入如下规则：

delete from mysql_query_rules;
select * from stats_mysql_query_digest_reset where 1=0;

insert into mysql_query_rules(rule_id,active,match_pattern,replace_pattern,destination_hostgroup,apply) 
values (1,1,"^(select.*from )test1.t1(.*)","\1test1.t2\2",20,1);

load mysql query rules to runtime;
save mysql query rules to disk;

select rule_id,destination_hostgroup,match_pattern,replace_pattern from mysql_query_rules;
+---------+-----------------------+------------------------------+-----------------+
| rule_id | destination_hostgroup | match_pattern                | replace_pattern |
+---------+-----------------------+------------------------------+-----------------+
| 1       | 20                    | ^(select.*from )test1.t1(.*) | \1test1.t2\2    |
+---------+-----------------------+------------------------------+-----------------+

然后执行：

$ proc="mysql -uroot -pP@ssword1! -h127.0.0.1 -P6033 -e"
$ $proc "select * from test1.t1;"
+------------------+
| name             |
+------------------+
| test1_t2_malong1 |
| test1_t2_malong2 |
| test1_t2_malong3 |
+------------------+

可见语句成功重写。

再看看规则的状态。

Admin> select rule_id,hits from stats_mysql_query_rules; 
+---------+------+
| rule_id | hits |
+---------+------+
| 1       | 1    |
| 2       | 0    |
+---------+------+

Admin> select hostgroup,count_star,digest_text from stats_mysql_query_digest;
+-----------+------------+------------------------+
| hostgroup | count_star | digest_text            |
+-----------+------------+------------------------+
| 20        | 1          | select * from test1.t2 |  <--已替换
+-----------+------------+------------------------+

更简单的，还可以直接替换单词。例如：

delete from mysql_query_rules;
select * from stats_mysql_query_digest_reset where 1=0;

insert into mysql_query_rules(rule_id,active,match_pattern,replace_pattern,destination_hostgroup,apply) 
values (1,1,"test1.t1","test1.t2",20,1);

load mysql query rules to runtime;
save mysql query rules to disk;

select rule_id,destination_hostgroup,match_pattern,replace_pattern from mysql_query_rules;
+---------+-----------------------+---------------+-----------------+
| rule_id | destination_hostgroup | match_pattern | replace_pattern |
+---------+-----------------------+---------------+-----------------+
| 1       | 20                    | test1.t1      | test1.t2        |
+---------+-----------------------+---------------+-----------------+

3.sharding：重写分库SQL语句

以本文前面sharding示例中的语句为例，简单演示下sharding时的分库语句怎么改写。更完整的sharding实现方法，见后面的文章。

#原来查询MySQL专业学生的SQL语句：
select * from it_db.stu where zhuanye='MySQL' and xxx;
             |
             |
             |
            \|/
#改写为查询分库MySQL的SQL语句：
select * from MySQL.stu where 1=1 and xxx;

以下是完整语句：关于这个规则中的正则部分，稍后会解释。

delete from mysql_query_rules;
select * from stats_mysql_query_digest_reset where 1=0;

insert into mysql_query_rules(rule_id,active,apply,destination_hostgroup,match_pattern,replace_pattern) 
values (1,1,1,20,"^(select.*?from) it_db\.(.*?) where zhuanye=['""](.*?)['""] (.*)$","\1 \3.\2 where 1=1 \4");

load mysql query rules to runtime;
save mysql query rules to disk;

select rule_id,destination_hostgroup dest_hg,match_pattern,replace_pattern from mysql_query_rules;
+---------+---------+-----------------------------------------------------------------+-----------------------+
| rule_id | dest_hg | match_pattern                                                   | replace_pattern       |
+---------+---------+-----------------------------------------------------------------+-----------------------+
| 1       | 20      | ^(select.*?from) it_db\.(.*?) where zhuanye=['"](.*?)['"] (.*)$ | \1 \3.\2 where 1=1 \4 |
+---------+---------+-----------------------------------------------------------------+-----------------------+

然后执行分库查询语句：

proc="mysql -uroot -pP@ssword1! -h127.0.0.1 -P6033 -e"
$proc "select * from it_db.stu where zhuanye='MySQL' and 1=1;"

看看是否命中规则，并成功改写SQL语句：

Admin> select rule_id,hits from stats_mysql_query_rules; 
+---------+------+
| rule_id | hits |
+---------+------+
| 1       | 1    |
+---------+------+

Admin> select hostgroup,count_star,digest_text from stats_mysql_query_digest;
+-----------+------------+-------------------------------------------+
| hostgroup | count_star | digest_text                               |
+-----------+------------+-------------------------------------------+
| 20        | 1          | select * from MySQL.stu where ?=? and ?=? |
| 10        | 1          | select @@version_comment limit ?          |
+-----------+------------+-------------------------------------------+

解释下前面的规则：

match_pattern:
- "^(select.*?from) it_db\.(.*?) where zhuanye=['""](.*?)['""] (.*)$"
replace_pattern:
- "\1 \3.\2 where 1=1 \4"

^(select.*?from)：表示不贪婪匹配到from字符。之所以不贪婪匹配，是为了避免子查询或join子句出现多个from的情况。
it_db\.(.*?)：这里的it_db是稍后要替换掉为"MySQL"字符的部分，而it_db后面的表稍后要附加在"MySQL"字符后，所以对其分组捕获。
zhuanye=['""](.*?)['""]：
- 这里的zhuanye字段稍后是要删除的，但后面的字段值"MySQL"需要保留作为稍后的分库，因此对字段值分组捕获。同时，字段值前后的引号可能是单引号、双引号，所以两种情况都要考虑到。
- ['""]：要把引号保留下来，需要对额外的引号进行转义：双引号转义后成单个双引号。所以，真正插入到表中的结果是['"]。
- 这里的语句并不健壮，因为如果是zhuanye='MySQL"这样单双引号混用也能被匹配。如果要避免这种问题，需要使用PCRE的反向引用。例如，改写为：zhuanye=(['""])(.*?)\g[N]，这里的[N]要替换为(['""])对应的分组号码，例如\g3。
(.*)$：匹配到结束。因为这里的测试语句简单，没有join和子查询什么的，所以直接匹配。
"\1 \3.\2 where 1=1 \4"：这里加了1=1，是为了防止出现and/or等运算符时前面缺少表达式。例如(.*)$捕获到的内容为and xxx=1，不加上1=1的话，将替换为where and xxx=1，这是错误的语句，所以1=1是个占位表达式。

可见，要想实现一些复杂的匹配目标，正则表达式是非常繁琐的。所以，很有必要去掌握PCRE正则表达式。