高性能数据库集群：读写分离

红太狼 2022-09-07 09:55 154阅读 0赞

**目录**

1.前言

2.读写分离

2.1 什么是读写分离？

2.2 什么情况下需要读写分离？

2.3 复制延迟

2.4 分配机制

2.5 Mysq支持的复制类型及与原理

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# **1.前言** #

关系数据库由于其 ACID 的特性和功能强大的 SQL 查询，目前还是各种业务系统中关键和核心的存储系统，很多场景下高性能的设计最核心的部分就是关系数据库的设计。

业务发展速度和数据增长速度，远远超出数据库厂商的优化速度，尤其是互联网业务兴起之后，海量用户加上海量数据的特点，**单个数据库服务器已经难以满足业务需要，必须考虑数据库集群的方式来提升性能**。

高性能数据库集群的第一种方式是“**读写分离**”，其本质是将访问压力分散到集群中的多个节点，但是没有分散存储压力；第二种方式是“**分库分表**”，既可以分散访问压力，又可以分散存储压力。本篇主要讲下“读写分离”，下一篇会讲"**分库分表**"。

# 2.读写分离 #

## 2.1 什么是读写分离？ ##

读写分离，读写分离的基本原理是将数据库读写操作分散到不同的节点上，就是让主数据库处理事务性增、改、删操作（INSERT、UPDATE、DELETE），而从数据库处理SELECT查询操作。数据库复制被用来把事务性操作导致的变更同步到集群中的从数据库。

## **2.2 什么情况下需要读写分离？** ##

数据库不一定要读写分离，如果程序使用数据库较多时，而更新少，查询多的情况下会考虑使用，利用数据库主从同步 。可以减少数据库压力，提高性能。当然，数据库也有其它优化方案。memcache 或是表折分，或是搜索引擎。都是解决方法。

下面是其基本架构图。

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**读写分离的基本实现**是：

*  数据库服务器搭建主从集群，一主一从、一主多从都可以。
 *  数据库主机负责读写操作，从机只负责读操作。
 *  数据库主机通过复制将数据同步到从机，每台数据库服务器都存储了所有的业务数据。
 *  业务服务器将写操作发给数据库主机，将读操作发给数据库从机。

需要注意的是，**这里用的是“主从集群”，而不是“主备集群”。**“从机”的“从”可以理解为“仆从”，仆从是要帮主人干活的，**“从机”是需要提供读数据的功能的；而“备机”一般被认为仅仅提供备份功能，不提供访问功能。**所以使用“主从”还是“主备”，是要看场景的，这两个词并不是完全等同的。

读写分离的实现逻辑并不复杂，但有两个细节点将引入设计复杂度：**主从复制延迟和分配机制**。

## 2.3 复制延迟 ##

以 MySQL 为例，**主从复制延迟可能达到 1 秒，如果有大量数据同步，延迟 1 分钟也是有可能的。**主从复制延迟会带来一个问题：如果业务服务器将数据写入到数据库主服务器后立刻（1 秒内）进行读取，此时读操作访问的是从机，主机还没有将数据复制过来，到从机读取数据是读不到最新数据的，业务上就可能出现问题。例如，**用户刚注册完后立刻登录，业务服务器会提示他“你还没有注册”，而用户明明刚才已经注册成功了**。

**解决主从复制延迟有几种常见的方法：**

**（1）写操作后的读操作指定发给数据库主服务器**  
例如，注册账号完成后，登录时读取账号的读操作也发给数据库主服务器。**这种方式和业务强绑定，对业务的侵入和影响较大**，如果哪个新来的程序员不知道这样写代码，就会导致一个 bug。

**（2）读从机失败后再读一次主机**

这就是通常所说的“二次读取”，二次读取和业务无绑定，只需要对底层数据库访问的 API 进行封装即可，实现代价较小，不足之处在于如果有很多二次读取，将大大增加主机的读操作压力。例如，黑客暴力破解账号，会导致大量的二次读取操作，主机可能顶不住读操作的压力从而崩溃。

**（3）关键业务读写操作全部指向主机，非关键业务采用读写分离**

例如，对于一个用户管理系统来说，注册 + 登录的业务读写操作全部访问主机，用户的介绍、爱好、等级等业务，可以采用读写分离，因为即使用户改了自己的自我介绍，在查询时却看到了自我介绍还是旧的，业务影响与不能登录相比就小很多，还可以忍受。

## **2.4 分配机制** ##

将读写操作区分开来，然后访问不同的数据库服务器，一般有两种方式：程序代码封装和中间件封装。

**（1）程序代码封装**

程序代码封装指在代码中抽象一个数据访问层（所以有的文章也称这种方式为“中间层封装”），实现读写操作分离和数据库服务器连接的管理。例如，基于 Hibernate 进行简单封装，就可以实现读写分离，基本架构是：

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程序代码封装的方式具备几个特点：

*  实现简单，而且可以根据业务做较多定制化的功能。
 *  每个编程语言都需要自己实现一次，无法通用，如果一个业务包含多个编程语言写的多个子系统，则重复开发的工作量比较大。
 *  故障情况下，如果主从发生切换，则可能需要所有系统都修改配置并重启。

**（2）中间件封装**

中间件封装指的是独立一套系统出来，实现读写操作分离和数据库服务器连接的管理。中间件对业务服务器提供 SQL 兼容的协议，业务服务器无须自己进行读写分离。对于业务服务器来说，访问中间件和访问数据库没有区别，事实上在业务服务器看来，中间件就是一个数据库服务器。其基本架构是：

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数据库中间件的方式具备的特点是：

*  能够支持多种编程语言，因为数据库中间件对业务服务器提供的是标准 SQL 接口。
 *  数据库中间件要支持完整的 SQL 语法和数据库服务器的协议（例如，MySQL 客户端和服务器的连接协议），实现比较复杂，细节特别多，很容易出现 bug，需要较长的时间才能稳定。
 *  数据库中间件自己不执行真正的读写操作，但所有的数据库操作请求都要经过中间件，中间件的性能要求也很高。
 *  数据库主从切换对业务服务器无感知，数据库中间件可以探测数据库服务器的主从状态。例如，向某个测试表写入一条数据，成功的就是主机，失败的就是从机。

由于数据库中间件的复杂度要比程序代码封装高出一个数量级，一般情况下建议采用程序语言封装的方式，或者使用成熟的开源数据库中间件。如果是大公司，可以投入人力去实现数据库中间件，因为这个系统一旦做好，接入的业务系统越多，节省的程序开发投入就越多，价值也越大。

目前的开源数据库中间件方案中，MySQL 官方先是提供了 MySQL Proxy，但 MySQL Proxy 一直没有正式 GA，现在 MySQL 官方推荐 MySQL Router。MySQL Router 的主要功能有读写分离、故障自动切换、负载均衡、连接池等，其基本架构如下：

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奇虎 360 公司也开源了自己的数据库中间件 Atlas，Atlas 是基于 MySQL Proxy 实现的。

## 2.5 Mysq支持的复制类型及与原理 ##

（1）**基于语句的复制。**在服务器上执行sql语句，在从服务器上执行同样的语句，mysql默认采用基于语句的复制，执行效率高。

（2）**基于行的复制。**把改变的内容复制过去，而不是把命令在从服务器上执行一遍。

（3）**混合类型的复制。**默认采用基于语句的复制，一旦发现基于语句无法精确复制时，就会采用基于行的复制。

原理可参考：[https://blog.csdn.net/sinat\_33718563/article/details/118709853][https_blog.csdn.net_sinat_33718563_article_details_118709853]

参考：李运华老师**《从0开始学架构》**（极客时间）

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[https_blog.csdn.net_sinat_33718563_article_details_118709853]: https://blog.csdn.net/sinat_33718563/article/details/118709853