java後端讀寫分離的實現

1.  背景

我們一般應用對數據庫而言都是“讀多寫少”，也就說對數據庫讀取數據的壓力比較大，有一個思路就是說採用數據庫集羣的方案，

其中一個是主庫，負責寫入數據，我們稱之爲：寫庫；

其它都是從庫，負責讀取數據，我們稱之爲：讀庫；

 

那麼，對我們的要求是：

1、讀庫和寫庫的數據一致；（這個是很重要的一個問題，處理業務邏輯要放在service層去處理，不要在dao或者mapper層面去處理）

2、寫數據必須寫到寫庫；

3、讀數據必須到讀庫；

 

2.  方案

解決讀寫分離的方案有兩種：應用層解決和中間件解決。

 

2.1. 應用層解決：

優點：

1、多數據源切換方便，由程序自動完成；

2、不需要引入中間件；

3、理論上支持任何數據庫；

缺點：

1、由程序員完成，運維參與不到；

2、不能做到動態增加數據源；

 

2.2. 中間件解決

 

優缺點：

 

優點：

1、源程序不需要做任何改動就可以實現讀寫分離；

2、動態添加數據源不需要重啓程序；

 

缺點：

1、程序依賴於中間件，會導致切換數據庫變得困難；

2、由中間件做了中轉代理，性能有所下降；

 

3.  使用Spring基於應用層實現

3.1. 原理

 

3.2. DynamicDataSource

 import org.springframework.jdbc.datasource.lookup.AbstractRoutingDataSource;

/**
 * 定義動態數據源，實現通過集成Spring提供的AbstractRoutingDataSource，只需要實現determineCurrentLookupKey方法即可
 * 
 * 由於DynamicDataSource是單例的，線程不安全的，所以採用ThreadLocal保證線程安全，由DynamicDataSourceHolder完成。
 * 
 * @author zhijun
 *
 */
public class DynamicDataSource extends AbstractRoutingDataSource{

    @Override
    protected Object determineCurrentLookupKey() {
        // 使用DynamicDataSourceHolder保證線程安全，並且得到當前線程中的數據源key
        return DynamicDataSourceHolder.getDataSourceKey();
    }

}

 

3.3. DynamicDataSourceHolder

 

/**
 * 
 * 使用ThreadLocal技術來記錄當前線程中的數據源的key
 * 
 * @author zhijun
 *
 */
public class DynamicDataSourceHolder {
    
    //寫庫對應的數據源key
    private static final String MASTER = "master";

    //讀庫對應的數據源key
    private static final String SLAVE = "slave";
    
    //使用ThreadLocal記錄當前線程的數據源key
    private static final ThreadLocal<String> holder = new ThreadLocal<String>();

    /**
     * 設置數據源key
     * @param key
     */
    public static void putDataSourceKey(String key) {
        holder.set(key);
    }

    /**
     * 獲取數據源key
     * @return
     */
    public static String getDataSourceKey() {
        return holder.get();
    }
    
    /**
     * 標記寫庫
     */
    public static void markMaster(){
        putDataSourceKey(MASTER);
    }
    
    /**
     * 標記讀庫
     */
    public static void markSlave(){
        putDataSourceKey(SLAVE);
    }

}

 

 

3.4. DataSourceAspect

 

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.aspectj.lang.JoinPoint;

/**
 * 定義數據源的AOP切面，通過該Service的方法名判斷是應該走讀庫還是寫庫
 * 
 * @author zhijun
 *
 */
public class DataSourceAspect {

    /**
     * 在進入Service方法之前執行
     * 
     * @param point 切面對象
     */
    public void before(JoinPoint point) {
        // 獲取到當前執行的方法名
        String methodName = point.getSignature().getName();
        if (isSlave(methodName)) {
            // 標記爲讀庫
            DynamicDataSourceHolder.markSlave();
        } else {
            // 標記爲寫庫
            DynamicDataSourceHolder.markMaster();
        }
    }

    /**
     * 判斷是否爲讀庫
     * 
     * @param methodName
     * @return
     */
    private Boolean isSlave(String methodName) {
        // 方法名以query、find、get開頭的方法名走從庫
        return StringUtils.startsWithAny(methodName, "query", "find", "get");
    }

}

3.5. 配置2個數據源

3.5.1.  jdbc.properties

 

jdbc.master.driver=com.mysql.jdbc.Driver
jdbc.master.url=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/mybatis_1128?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&autoReconnect=true&allowMultiQueries=true
jdbc.master.username=root
jdbc.master.password=123456


jdbc.slave01.driver=com.mysql.jdbc.Driver
jdbc.slave01.url=jdbc:mysql://127.0.0.1:3307/mybatis_1128?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&autoReconnect=true&allowMultiQueries=true
jdbc.slave01.username=root
jdbc.slave01.password=123456

3.5.2.  定義連接池

 

<!-- 配置連接池 -->
    <bean id="masterDataSource" class="com.jolbox.bonecp.BoneCPDataSource"
        destroy-method="close">
        <!-- 數據庫驅動 -->
        <property name="driverClass" value="${jdbc.master.driver}" />
        <!-- 相應驅動的jdbcUrl -->
        <property name="jdbcUrl" value="${jdbc.master.url}" />
        <!-- 數據庫的用戶名 -->
        <property name="username" value="${jdbc.master.username}" />
        <!-- 數據庫的密碼 -->
        <property name="password" value="${jdbc.master.password}" />
        <!-- 檢查數據庫連接池中空閒連接的間隔時間，單位是分，默認值：240，如果要取消則設置爲0 -->
        <property name="idleConnectionTestPeriod" value="60" />
        <!-- 連接池中未使用的鏈接最大存活時間，單位是分，默認值：60，如果要永遠存活設置爲0 -->
        <property name="idleMaxAge" value="30" />
        <!-- 每個分區最大的連接數 -->
        <property name="maxConnectionsPerPartition" value="150" />
        <!-- 每個分區最小的連接數 -->
        <property name="minConnectionsPerPartition" value="5" />
    </bean>
    
    <!-- 配置連接池 -->
    <bean id="slave01DataSource" class="com.jolbox.bonecp.BoneCPDataSource"
        destroy-method="close">
        <!-- 數據庫驅動 -->
        <property name="driverClass" value="${jdbc.slave01.driver}" />
        <!-- 相應驅動的jdbcUrl -->
        <property name="jdbcUrl" value="${jdbc.slave01.url}" />
        <!-- 數據庫的用戶名 -->
        <property name="username" value="${jdbc.slave01.username}" />
        <!-- 數據庫的密碼 -->
        <property name="password" value="${jdbc.slave01.password}" />
        <!-- 檢查數據庫連接池中空閒連接的間隔時間，單位是分，默認值：240，如果要取消則設置爲0 -->
        <property name="idleConnectionTestPeriod" value="60" />
        <!-- 連接池中未使用的鏈接最大存活時間，單位是分，默認值：60，如果要永遠存活設置爲0 -->
        <property name="idleMaxAge" value="30" />
        <!-- 每個分區最大的連接數 -->
        <property name="maxConnectionsPerPartition" value="150" />
        <!-- 每個分區最小的連接數 -->
        <property name="minConnectionsPerPartition" value="5" />
    </bean>

3.5.3.  定義DataSource

 

<!-- 定義數據源，使用自己實現的數據源 -->
    <bean id="dataSource" class="cn.itcast.usermanage.spring.DynamicDataSource">
        <!-- 設置多個數據源 -->
        <property name="targetDataSources">
            <map key-type="java.lang.String">
                <!-- 這個key需要和程序中的key一致 -->
                <entry key="master" value-ref="masterDataSource"/>
                <entry key="slave" value-ref="slave01DataSource"/>
            </map>
        </property>
        <!-- 設置默認的數據源，這裏默認走寫庫 -->
        <property name="defaultTargetDataSource" ref="masterDataSource"/>
    </bean>

3.6. 配置事務管理以及動態切換數據源切面

3.6.1.  定義事務管理器

 

<!-- 定義事務管理器 -->
    <bean id="transactionManager"
        class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">
        <property name="dataSource" ref="dataSource" />
    </bean>

 

3.6.2.  定義事務策略

 

<!-- 定義事務策略 -->
    <tx:advice id="txAdvice" transaction-manager="transactionManager">
        <tx:attributes>
            <!--定義查詢方法都是隻讀的 -->
            <tx:method name="query*" read-only="true" />
            <tx:method name="find*" read-only="true" />
            <tx:method name="get*" read-only="true" />

            <!-- 主庫執行操作，事務傳播行爲定義爲默認行爲 -->
            <tx:method name="save*" propagation="REQUIRED" />
            <tx:method name="update*" propagation="REQUIRED" />
            <tx:method name="delete*" propagation="REQUIRED" />

            <!--其他方法使用默認事務策略 -->
            <tx:method name="*" />
        </tx:attributes>
    </tx:advice>

 

3.6.3.  定義切面

<!-- 定義AOP切面處理器 -->
    <bean class="cn.itcast.usermanage.spring.DataSourceAspect" id="dataSourceAspect" />

    <aop:config>
        <!-- 定義切面，所有的service的所有方法 -->
        <aop:pointcut id="txPointcut" expression="execution(* xx.xxx.xxxxxxx.service.*.*(..))" />
        <!-- 應用事務策略到Service切面 -->
        <aop:advisor advice-ref="txAdvice" pointcut-ref="txPointcut"/>
        
        <!-- 將切面應用到自定義的切面處理器上，-9999保證該切面優先級最高執行 -->
        <aop:aspect ref="dataSourceAspect" order="-9999">
            <aop:before method="before" pointcut-ref="txPointcut" />
        </aop:aspect>
    </aop:config>

 

 

4.  改進切面實現，使用事務策略規則匹配

之前的實現我們是將通過方法名匹配，而不是使用事務策略中的定義，我們使用事務管理策略中的規則匹配。

 

4.1. 改進後的配置

 

<!-- 定義AOP切面處理器 -->

    <bean class="cn.itcast.usermanage.spring.DataSourceAspect" id="dataSourceAspect">
        <!-- 指定事務策略 -->
        <property name="txAdvice" ref="txAdvice"/>
        <!-- 指定slave方法的前綴（非必須） -->
        <property name="slaveMethodStart" value="query,find,get"/>
    </bean>

 

 

4.2. 改進後的實現

 

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Map;

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.aspectj.lang.JoinPoint;
import org.springframework.transaction.interceptor.NameMatchTransactionAttributeSource;
import org.springframework.transaction.interceptor.TransactionAttribute;
import org.springframework.transaction.interceptor.TransactionAttributeSource;
import org.springframework.transaction.interceptor.TransactionInterceptor;
import org.springframework.util.PatternMatchUtils;
import org.springframework.util.ReflectionUtils;

/**
 * 定義數據源的AOP切面，該類控制了使用Master還是Slave。
 * 
 * 如果事務管理中配置了事務策略，則採用配置的事務策略中的標記了ReadOnly的方法是用Slave，其它使用Master。
 * 
 * 如果沒有配置事務管理的策略，則採用方法名匹配的原則，以query、find、get開頭方法用Slave，其它用Master。
 * 
 * @author zhijun
 *
 */
public class DataSourceAspect {

    private List<String> slaveMethodPattern = new ArrayList<String>();
    
    private static final String[] defaultSlaveMethodStart = new String[]{ "query", "find", "get" };
    
    private String[] slaveMethodStart;

    /**
     * 讀取事務管理中的策略
     * 
     * @param txAdvice
     * @throws Exception
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void setTxAdvice(TransactionInterceptor txAdvice) throws Exception {
        if (txAdvice == null) {
            // 沒有配置事務管理策略
            return;
        }
        //從txAdvice獲取到策略配置信息
        TransactionAttributeSource transactionAttributeSource = txAdvice.getTransactionAttributeSource();
        if (!(transactionAttributeSource instanceof NameMatchTransactionAttributeSource)) {
            return;
        }
        //使用反射技術獲取到NameMatchTransactionAttributeSource對象中的nameMap屬性值
        NameMatchTransactionAttributeSource matchTransactionAttributeSource = (NameMatchTransactionAttributeSource) transactionAttributeSource;
        Field nameMapField = ReflectionUtils.findField(NameMatchTransactionAttributeSource.class, "nameMap");
        nameMapField.setAccessible(true); //設置該字段可訪問
        //獲取nameMap的值
        Map<String, TransactionAttribute> map = (Map<String, TransactionAttribute>) nameMapField.get(matchTransactionAttributeSource);

        //遍歷nameMap
        for (Map.Entry<String, TransactionAttribute> entry : map.entrySet()) {
            if (!entry.getValue().isReadOnly()) {//判斷之後定義了ReadOnly的策略才加入到slaveMethodPattern
                continue;
            }
            slaveMethodPattern.add(entry.getKey());
        }
    }

    /**
     * 在進入Service方法之前執行
     * 
     * @param point 切面對象
     */
    public void before(JoinPoint point) {
        // 獲取到當前執行的方法名
        String methodName = point.getSignature().getName();

        boolean isSlave = false;

        if (slaveMethodPattern.isEmpty()) {
            // 當前Spring容器中沒有配置事務策略，採用方法名匹配方式
            isSlave = isSlave(methodName);
        } else {
            // 使用策略規則匹配
            for (String mappedName : slaveMethodPattern) {
                if (isMatch(methodName, mappedName)) {
                    isSlave = true;
                    break;
                }
            }
        }

        if (isSlave) {
            // 標記爲讀庫
            DynamicDataSourceHolder.markSlave();
        } else {
            // 標記爲寫庫
            DynamicDataSourceHolder.markMaster();
        }
    }

    /**
     * 判斷是否爲讀庫
     * 
     * @param methodName
     * @return
     */
    private Boolean isSlave(String methodName) {
        // 方法名以query、find、get開頭的方法名走從庫
        return StringUtils.startsWithAny(methodName, getSlaveMethodStart());
    }

    /**
     * 通配符匹配
     * 
     * Return if the given method name matches the mapped name.
     * <p>
     * The default implementation checks for "xxx*", "*xxx" and "*xxx*" matches, as well as direct
     * equality. Can be overridden in subclasses.
     * 
     * @param methodName the method name of the class
     * @param mappedName the name in the descriptor
     * @return if the names match
     * @see org.springframework.util.PatternMatchUtils#simpleMatch(String, String)
     */
    protected boolean isMatch(String methodName, String mappedName) {
        return PatternMatchUtils.simpleMatch(mappedName, methodName);
    }

    /**
     * 用戶指定slave的方法名前綴
     * @param slaveMethodStart
     */
    public void setSlaveMethodStart(String[] slaveMethodStart) {
        this.slaveMethodStart = slaveMethodStart;
    }

    public String[] getSlaveMethodStart() {
        if(this.slaveMethodStart == null){
            // 沒有指定，使用默認
            return defaultSlaveMethodStart;
        }
        return slaveMethodStart;
    }
    
}

 

 

5.  一主多從的實現

很多實際使用場景下都是採用“一主多從”的架構的，所以我們現在對這種架構做支持，目前只需要修改DynamicDataSource即可。

 

 

 

5.1. 實現

 

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

import javax.sql.DataSource;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.jdbc.datasource.lookup.AbstractRoutingDataSource;
import org.springframework.util.ReflectionUtils;

/**
 * 定義動態數據源，實現通過集成Spring提供的AbstractRoutingDataSource，只需要實現determineCurrentLookupKey方法即可
 * 
 * 由於DynamicDataSource是單例的，線程不安全的，所以採用ThreadLocal保證線程安全，由DynamicDataSourceHolder完成。
 * 
 * @author zhijun
 *
 */
public class DynamicDataSource extends AbstractRoutingDataSource {

    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(DynamicDataSource.class);

    private Integer slaveCount;

    // 輪詢計數,初始爲-1,AtomicInteger是線程安全的
    private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(-1);

    // 記錄讀庫的key
    private List<Object> slaveDataSources = new ArrayList<Object>(0);

    @Override
    protected Object determineCurrentLookupKey() {
        // 使用DynamicDataSourceHolder保證線程安全，並且得到當前線程中的數據源key
        if (DynamicDataSourceHolder.isMaster()) {
            Object key = DynamicDataSourceHolder.getDataSourceKey(); 
            if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
                LOGGER.debug("當前DataSource的key爲: " + key);
            }
            return key;
        }
        Object key = getSlaveKey();
        if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
            LOGGER.debug("當前DataSource的key爲: " + key);
        }
        return key;

    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    public void afterPropertiesSet() {
        super.afterPropertiesSet();

        // 由於父類的resolvedDataSources屬性是私有的子類獲取不到，需要使用反射獲取
        Field field = ReflectionUtils.findField(AbstractRoutingDataSource.class, "resolvedDataSources");
        field.setAccessible(true); // 設置可訪問

        try {
            Map<Object, DataSource> resolvedDataSources = (Map<Object, DataSource>) field.get(this);
            // 讀庫的數據量等於數據源總數減去寫庫的數量
            this.slaveCount = resolvedDataSources.size() - 1;
            for (Map.Entry<Object, DataSource> entry : resolvedDataSources.entrySet()) {
                if (DynamicDataSourceHolder.MASTER.equals(entry.getKey())) {
                    continue;
                }
                slaveDataSources.add(entry.getKey());
            }
        } catch (Exception e) {
            LOGGER.error("afterPropertiesSet error! ", e);
        }
    }

    /**
     * 輪詢算法實現
     * 
     * @return
     */
    public Object getSlaveKey() {
        // 得到的下標爲：0、1、2、3……
        Integer index = counter.incrementAndGet() % slaveCount;
        if (counter.get() > 9999) { // 以免超出Integer範圍
            counter.set(-1); // 還原
        }
        return slaveDataSources.get(index);
    }

}

 

 

6.  MySQL主從複製

6.1. 原理

 

 

mysql主(稱master)從(稱slave)複製的原理：

1、master將數據改變記錄到二進制日誌(binarylog)中,也即是配置文件log-bin指定的文件(這些記錄叫做二進制日誌事件，binary log events)

2、slave將master的binary logevents拷貝到它的中繼日誌(relay log)

3、slave重做中繼日誌中的事件,將改變反映它自己的數據(數據重演)

6.2. 主從配置需要注意的地方

1、主DB server和從DB server數據庫的版本一致

2、主DB server和從DB server數據庫數據一致[ 這裏就會可以把主的備份在從上還原，也可以直接將主的數據目錄拷貝到從的相應數據目錄]

3、主DB server開啓二進制日誌,主DB server和從DB server的server_id都必須唯一

6.3. 主庫配置（windows，Linux下也類似）

可能有些朋友主從數據庫的ip地址、用戶名和賬號配置不是很清楚，下面是我測試的主從配置，ip都是127.0.0.1，我在講完自己的例子後，還會寫

一個主從ip是不相同的配置的例子，大家可以通過這個例子去更加直觀的瞭解配置方法。

在my.ini  [mysqld] 下面修改（從庫也是如此）：

 

#開啓主從複製，主庫的配置

log-bin= mysql3306-bin

#指定主庫serverid

server-id=101

#指定同步的數據庫，如果不指定則同步全部數據庫

binlog-do-db=mybatis_1128

 （my.ini中輸入的這些命令一定要和下面有一行空格，不然MySQL不識別）

執行SQL語句查詢狀態：
SHOW MASTER STATUS

 

 

 需要記錄下Position值，需要在從庫中設置同步起始值。

 

 

 另外我再說一點，如果您在mysql執行SHOW MASTER STATUS  發現配置在my.ini中的內容沒有起到效果，可能原因是並沒有選擇對my.ini文件，也可能是您沒有重啓服務，很大概率是後者造成的原因，

要想使配置生效，必須關掉MySQL服務，再重新啓動。

關閉服務的方法：

win鍵打開，輸入services.msc調出服務：

 

 

 

 

再啓動SQLyog，發現配置已經生效了。

 

6.4. 在主庫創建同步用戶

#授權用戶slave01使用123456密碼登錄mysql

grant replication slave on *.* to 'slave01'@'127.0.0.1'identified by '123456';

flush privileges;

6.5. 從庫配置

在my.ini修改：

 

#指定serverid，只要不重複即可，從庫也只有這一個配置，其他都在SQL語句中操作

server-id=102

 

以下執行SQL（使用從機的root賬戶執行）：

CHANGE MASTER TO

 master_host='127.0.0.1',//主機的ip地址

 master_user='slave01',//主機的用戶（就是剛剛在主機通過sql創建出來的賬戶）

 master_password='123456',

 master_port=3306,

 master_log_file='mysql3306-bin.000006',//File

 master_log_pos=1120;//Position

 

#啓動slave同步

START SLAVE;

 

#查看同步狀態

SHOW SLAVE STATUS;

 

 

 

 

下面是ip不同的兩臺電腦的主從配置方法：

主數據庫所在的操作系統：win7

　　主數據庫的版本：5.0

　　主數據庫的ip地址：192.168.1.111

　　從數據庫所在的操作系統：linux

　　從數據的版本：5.0

　　從數據庫的ip地址：192.168.1.112

介紹完了環境，就聊聊配置步驟：

　　1、確保主數據庫與從數據庫一模一樣。

　　　　例如：主數據庫裏的a的數據庫裏有b，c，d表，那從數據庫裏的就應該有一個模子刻出來的a的數據庫和b，c，d表

　　2、在主數據庫上創建同步賬號。

　　　　GRANT REPLICATION SLAVE,FILE ON *.* TO 'mstest'@'192.168.1.112' IDENTIFIED BY '123456';

　　　　192.168.1.112：是運行使用該用戶的ip地址

　　　　mstest：是新創建的用戶名

　　　　123456：是新創建的用戶名的密碼

　　　　以上命令的詳細解釋，最好百度一下，寫太多反到更加更不清思路。

　　3、配置主數據庫的my.ini(因爲是在window下，所以是my.ini不是my.cnf)。

　　　   [mysqld]

　　　　server-id=1
　　　　log-bin=log
　　　　binlog-do-db=mstest      //要同步的mstest數據庫,要同步多個數據庫，就多加幾個binlog-do-db=數據庫名

　　　　binlog-ignore-db=mysql  //要忽略的數據庫

　　4、配置從數據庫的my.cnf。
　　　　[mysqld]

　　　　server-id=2
　　　　master-host=192.168.1.111
　　　　master-user=mstest      　　//第一步創建賬號的用戶名
　　　　master-password=123456   //第一步創建賬號的密碼
　　　　master-port=3306
　　　　master-connect-retry=60
　　　　replicate-do-db=mstest        //要同步的mstest數據庫,要同步多個數據庫，就多加幾個replicate-do-db=數據庫名
　　　　replicate-ignore-db=mysql　 //要忽略的數據庫　

 

　　5、驗證是否成功

 

 

 

進入mysql，後輸入命令:show slave status\G。將顯示下圖。如果slave_io_running和slave_sql_running都爲yes，那麼表明可以成功同步了

6、測試同步數據。

　　　　進入主數據庫輸入命令:insert into one(name) values('beijing');

　　　　然後進入從數據庫輸入命令：select * from one;

　　　　如果此時從數據庫有獲取到數據，說明同步成功了，主從也就實現了

 

 

在進入Service之前，使用AOP來做出判斷，是使用寫庫還是讀庫，判斷依據可以根據方法名判斷，比如說以query、find、get等開頭的就走讀庫，其他的走寫庫。