数据库读写分离的分析和使用

╰+攻爆jí腚メ 2022-02-27 18:22 182阅读 0赞

## 写在前面 ##

随着业务的发展和数据量的增加,需要对数据库架构进行调整,目前我们所使用的是一台单点的数据库,考虑到项目对外部提供服务之后业务会大量的增长,现在需要将数据库更改为**主从**的架构.

## 数据库架构介绍 ##

通过对数据库数据进行拆分,来提高数据的访问频率,以及扩展数据库的存储量.

### 什么是主从架构 ###

通过Mysql的binlog进行数据拷贝,将主库的增删改操作复制到从库中,已达到主从同步的目的.

![数据库主从架构][1190037-20171230152306820-59568261.png]

### 什么是读写分离 ###

将数据库拆分为主库和从库,主库负责处理事务性的增删改查,从库负责处理查询操作,能够有效的提高数据库的吞吐量.  
读写分离要做的就是对一条SQL该选择那个数据库去执行,至于谁做这件事,要么中间件帮我们做,要么程序自己做.

![什么事读写分离][006tKfTcly1g1hnwtkib0j30xq0lmju0.jpg]

### 读写分离的优势 ###

1.  大大的提高了读的能力,通过数据库主从复制,可以对外部提供单的只读服务器,在业务上也降低了主库的压力;
2.  增加数据安全性,由于配置了主从备份,主库与从库的数据可以达到近乎实时的效果,一旦某台数据库出现问题,其他的库还可以顶上;

#### 读写分离的负面影响 ####

1.  读写分离的数据同步会出现延时的问题;
    
    1.  因为mysql的主从同步是通过binlog进行实现的,由于binlog默认是异步的所以主从节点之间数据存储存在延迟.
2.  增加开发的复杂性,对系统带来更大的挑战.

![数据库读写分离带来的问题][sharding-read-write-split.png]

#### 目标 ####

透明化读写分离所带来的影响,让开发方尽量像使用一个数据库一样使用主从数据库集群.

## 数据库读写分离实现 ##

上文中提到,数据库读写分离可以通过主从数据库拷贝的方式实现数据库同步,之后用编码的方式决定读库和写库的操作,但是在实际生产中并不止这一种对数据库读写分离的方式.

### 中间件 ###

使用Mysql中间件实现,如Mycat,TDDL等数据库中间件来实现,对于项目本身来说,只有一个数据源,就是连接到Mycat,再由Mycat根据规则去选择那个数据库.

#### Mycat ####

Mycat是一个开源的,面向企业应用的大规模数据库集群管理中间件,可以很好的支持数据事务,以及提供了很多分布式的解决方案:

*  支持分布式事务
 *  支持主从切换
 *  支持跨库join
 *  可以搭建高可用集群
 *  …

![Mycat][]

#### 结合现有情况分析 ####

Mycat是一个综合能力很强的中间件,其强大的功能,足以满足现有甚至是未来的需求,但是其架构的复杂程度是非常高的,需要的学习成本也是非常大的.结合项目组目前情况分析,没有多余的人手可以负责这套架构.

所以弃用

### NewSQL-新型数据库 ###

随着互联网的高速发展,业务量可能在非常短的时间内爆发式的增长,对应的数据量可能从几百GB暴涨到几百TB.新型数据库营运而生,

#### TiDB ####

TiDB是基于[GoogleSpanner/F1][GoogleSpanner_F1]论文进行实现的分布式NewSQL该数据库具备以下特点:

*  SQL支持;
 *  水平弹性扩展;
 *  分布式事务;
 *  跨数据中心强一致性;
 *  支持100%OLTP和80%OLAP.  
    最重要的一点TiDB对业务没有任何侵入性,能够优雅的替换传统数据库中间件,数据库分库分表等Sharding方案,让开发人员不需要关心数据库的细节问题,可以更加专注于业务开发,极大的提升研发的生产力.

![TiDB整体架构][TiDB]

#### 结合现有情况分析 ####

TiDB总体而言是一套非常好的解决方案,他对于目前和未来的需求也基本上都可以满足,但是TiDB作为NewSQL而言他的还是有些年轻,处于发展阶段版本的高速迭代和不稳定性,会给我们开发带来很大的阻力以及不可不可预见性.  
还有一点,TiDB底层作为KV存储,为了达到高性能以及多数据源join等操作,对硬件要求以及网络情况的要求非常的极端,需要大量的SSD存储设备以及万兆网卡的支持,这点对于我们目前的情况而言也是过于苛刻.

所以弃用

### 代码配置 ###

代码中配置多数据源,通过代码控制使用那个数据源对数据库进行读写操作.

#### 手动编码实现 ####

vegas基于spring-boot:1.5开发的后台框架,可以在项目中添加多个数据源,在需要使用主库的时候进行手动切换即可完成读写分离

#### 代码结构 ####

将数据源交给DynamicDataSource进行托管,并且制定Primary-DataSource,在使用的时候通过自定义注解完成数据源切换.

![006tKfTcly1g1hotqnt7cj30mb0h5gmj.jpg][]

#### Sharding-jdbc ####

Sharding-jdbc定位为轻量级的Java框架,在Java的JDBC层提供额外的服务.它使用客户端直接连接数据库,以jar包的形式提供服务,无序额外部署和依赖.

![代码架构图][006tKfTcly1g1hnycuk4bj30n80j3di3.jpg]  
![解析流程][006tKfTcly1g1hqbb5gx7j315j0pzgsm.jpg]  
![性能对比][006tKfTcly1g1hqdhyx0jj314b05jgm5.jpg]

##### 所具备的优点 #####

*  数据分片
 *  数据读写分离
 *  对代码侵入性小
 *  使用成本极低
 *  …

#### 结合现有情况分析 ####

目前我们所要解决的问题是对数据库的读写进行拆分,通过这套架构也可以帮助我们完成,而且对开发人员比较友好不需要我们提供大量的学习成本.

使用该方案

## 面对未来的需求 ##

目前我们基本解决了数据库读写分离事情,但是随着业务量的发展,可能还会有数据库进行分库分表、数据源down机自动自动抛弃等需求，在这个开发方案中，预留了很多可以提高和拓展的地方，已经为将来的变动做好了准备。

## 实现方案 ##

最终的实现方案是创建两个数据源一个为主数据源(管理主库连接),一个味Sharding数据源(管理主库和从库连接),正常情况下默认使用Sharding数据源,如有特殊需要可以通过@MasterDataSource进行数据源切换.

#### 数据源加载流程 ####

![006tKfTcly1g1hpnl7piaj307b088t90.jpg][]

#### 通过切面修改数据源流程 ####

![006tKfTcly1g1hpwfunbij308q088q3a.jpg][]

## 相关学习资料 ##

*  [项目地址][Link 1]
 *  [Mycat介绍][Mycat 1]
 *  [Apache Shardingsphere][]
 *  [TiDB介绍][TiDB 1]
 *  [ShardingSphere][]
 *  [Spring实现数据库读写分离][Spring]

[1190037-20171230152306820-59568261.png]: /images/20220227/7c1e194aecd34f5e930b0357c0166b66.png
[006tKfTcly1g1hnwtkib0j30xq0lmju0.jpg]: http://ws1.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1hnwtkib0j30xq0lmju0.jpg
[sharding-read-write-split.png]: https://shardingsphere.apache.org/document/current/img/read-write-split/sharding-read-write-split.png
[Mycat]: http://www.mycat.io/index_files/use3.png
[GoogleSpanner_F1]: http://ai.google/research/pubs/pub41344
[TiDB]: http://ws1.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1hmxke0wej30it094gom.jpg
[006tKfTcly1g1hotqnt7cj30mb0h5gmj.jpg]: http://ws1.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1hotqnt7cj30mb0h5gmj.jpg
[006tKfTcly1g1hnycuk4bj30n80j3di3.jpg]: http://ws3.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1hnycuk4bj30n80j3di3.jpg
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[006tKfTcly1g1hpwfunbij308q088q3a.jpg]: http://ws1.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1hpwfunbij308q088q3a.jpg
[Link 1]: http://yi5.zheng@10.1.2.202/yi5.zheng/rw-separation.git
[Mycat 1]: http://www.mycat.io/
[Apache Shardingsphere]: https://shardingsphere.apache.org/document/current/en/overview/
[TiDB 1]: http://www.jianshu.com/p/c0cb34b71858
[ShardingSphere]: http://shardingsphere.apache.org/document/current/en/overview/
[Spring]: http://www.jianshu.com/p/f2f4256a2310