前言

首先思考一個(gè)問(wèn)題:在高并發(fā)的場(chǎng)景中,關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)都有哪些優(yōu)化的手段？常用的有以下的實(shí)現(xiàn)方法:讀寫分離、加緩存、主從架構(gòu)集群、分庫(kù)分表等，在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,大部分都是讀多寫少 的場(chǎng)景,設(shè)置兩個(gè)庫(kù),主庫(kù)和讀庫(kù)。

主庫(kù)的職能是負(fù)責(zé)寫,從庫(kù)主要是負(fù)責(zé)讀,可以建立讀庫(kù)集群,通過(guò)讀寫職能在數(shù)據(jù)源上的隔離達(dá)到減少讀寫沖突、釋壓數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載 、保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的目的 。在實(shí)際的使用中,凡是涉及到寫的部分直接切換到主庫(kù)，讀的部分直接切換到讀庫(kù)，這就是典型的讀寫分離技術(shù)。本篇博文將聚焦讀寫分離,探討如何實(shí)現(xiàn)它。

圖片

主從同步的局限性 ：這里分為主數(shù)據(jù)庫(kù)和從數(shù)據(jù)庫(kù),主數(shù)據(jù)庫(kù)和從數(shù)據(jù)庫(kù)保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的一致,主庫(kù)負(fù)責(zé)寫,當(dāng)寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候,會(huì)自動(dòng)同步數(shù)據(jù)到從數(shù)據(jù)庫(kù)；從數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)讀,當(dāng)讀請(qǐng)求來(lái)的時(shí)候,直接從讀庫(kù)讀取數(shù)據(jù),主數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制到從數(shù)據(jù)庫(kù)中。不過(guò)本篇博客不介紹這部分配置的知識(shí),因?yàn)樗\(yùn)維工作一點(diǎn)。

這里涉及到一個(gè)問(wèn)題:主從復(fù)制的延遲問(wèn)題,當(dāng)寫入到主數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中,突然來(lái)了一個(gè)讀請(qǐng)求,而此時(shí)數(shù)據(jù)還沒(méi)有完全同步,就會(huì)出現(xiàn)讀請(qǐng)求的數(shù)據(jù)讀不到或者讀出的數(shù)據(jù)比原始值少的情況。具體的解決方法最簡(jiǎn)單的就是將讀請(qǐng)求暫時(shí)指向主庫(kù),但是同時(shí)也失去了主從分離的部分意義。也就是說(shuō)在嚴(yán)格意義上的數(shù)據(jù)一致性場(chǎng)景中,讀寫分離并非是完全適合的,注意更新的時(shí)效性是讀寫分離使用的缺點(diǎn)。

好了,這部分只是了解,接下來(lái)我們看下具體如何通過(guò) java 代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)讀寫分離:

該項(xiàng)目需要引入如下依賴：springBoot、spring-aop、spring-jdbc、aspectjweaver 等

一: 主從數(shù)據(jù)源的配置

我們需要配置主從數(shù)據(jù)庫(kù),主從數(shù)據(jù)庫(kù)的配置一般都是寫在配置文件里面。通過(guò)@ConfigurationProperties 注解,可以將配置文件(一般命名為:application.Properties)里的屬性映射到具體的類屬性上,從而讀取到寫入的值注入到具體的代碼配置中,按照習(xí)慣大于約定的原則,主庫(kù)我們都是注為 master,從庫(kù)注為 slave。

本項(xiàng)目采用了阿里的 druid 數(shù)據(jù)庫(kù)連接池,使用 build 建造者模式創(chuàng)建 DataSource 對(duì)象,DataSource 就是代碼層面抽象出來(lái)的數(shù)據(jù)源,接著需要配置 sessionFactory、sqlTemplate、事務(wù)管理器等 

/**  
 * 主從配置  
 *  
 * @author wyq  
 */  
@Configuration  
@MapperScan(basePackages = "com.wyq.mysqlreadwriteseparate.mapper", sqlSessionTemplateRef = "sqlTemplate")  
public class DataSourceConfig {  
    /**  
     * 主庫(kù)  
     */  
    @Bean  
    @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.master")  
    public DataSource master() {  
        return DruidDataSourceBuilder.create().build();  
    }  
    /**  
     * 從庫(kù)  
     */  
    @Bean  
    @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.slave")  
    public DataSource slaver() {  
        return DruidDataSourceBuilder.create().build();  
    }  
    /**  
     * 實(shí)例化數(shù)據(jù)源路由 
     */  
    @Bean  
    public DataSourceRouter dynamicDB(@Qualifier("master") DataSource masterDataSource,  
                                      @Autowired(required = false) @Qualifier("slaver") DataSource slaveDataSource) {  
        DataSourceRouter dynamicDataSource = new DataSourceRouter();  
        Map<Object, Object> targetDataSources = new HashMap<>();  
        targetDataSources.put(DataSourceEnum.MASTER.getDataSourceName(), masterDataSource);  
        if (slaveDataSource != null) {  
            targetDataSources.put(DataSourceEnum.SLAVE.getDataSourceName(), slaveDataSource);  
        }  
        dynamicDataSource.setTargetDataSources(targetDataSources);  
        dynamicDataSource.setDefaultTargetDataSource(masterDataSource);  
        return dynamicDataSource;  
    }  
    /**  
     * 配置sessionFactory  
     * @param dynamicDataSource  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    @Bean  
    public SqlSessionFactory sessionFactory(@Qualifier("dynamicDB") DataSource dynamicDataSource) throws Exception {  
        SqlSessionFactoryBean bean = new SqlSessionFactoryBean();  
        bean.setMapperLocations(  
                new PathMatchingResourcePatternResolver().getResources("classpath*:mapper/*Mapper.xml"));  
        bean.setDataSource(dynamicDataSource);  
        return bean.getObject();  
    }  
    /**  
     * 創(chuàng)建sqlTemplate  
     * @param sqlSessionFactory  
     * @return  
     */  
    @Bean 
     public SqlSessionTemplate sqlTemplate(@Qualifier("sessionFactory") SqlSessionFactory sqlSessionFactory) {  
        return new SqlSessionTemplate(sqlSessionFactory);  
    }  
    /**  
     * 事務(wù)配置  
     *  
     * @param dynamicDataSource  
     * @return  
     */  
    @Bean(name = "dataSourceTx")  
    public DataSourceTransactionManager dataSourceTransactionManager(@Qualifier("dynamicDB") DataSource dynamicDataSource) {  
        DataSourceTransactionManager dataSourceTransactionManager = new DataSourceTransactionManager();  
        dataSourceTransactionManager.setDataSource(dynamicDataSource);  
        return dataSourceTransactionManager;  
    }  
} 

二: 數(shù)據(jù)源路由的配置

路由在主從分離是非常重要的,基本是讀寫切換的核心。Spring 提供了 AbstractRoutingDataSource 根據(jù)用戶定義的規(guī)則選擇當(dāng)前的數(shù)據(jù)源，作用就是在執(zhí)行查詢之前，設(shè)置使用的數(shù)據(jù)源,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路由的數(shù)據(jù)源，在每次數(shù)據(jù)庫(kù)查詢操作前執(zhí)行它的抽象方法 determineCurrentLookupKey() 決定使用哪個(gè)數(shù)據(jù)源。

為了能有一個(gè)全局的數(shù)據(jù)源管理器,此時(shí)我們需要引入 DataSourceContextHolder 這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上下文管理器,可以理解為全局的變量,隨時(shí)可取(見(jiàn)下面詳細(xì)介紹),它的主要作用就是保存當(dāng)前的數(shù)據(jù)源; 

public class DataSourceRouter extends AbstractRoutingDataSource {  
    /**  
     * 最終的determineCurrentLookupKey返回的是從DataSourceContextHolder中拿到的,因此在動(dòng)態(tài)切換數(shù)據(jù)源的時(shí)候注解  
     * 應(yīng)該給DataSourceContextHolder設(shè)值  
     *  
     * @return  
     */  
    @Override  
    protected Object determineCurrentLookupKey() {  
        return DataSourceContextHolder.get();  
    }  
} 

三：數(shù)據(jù)源上下文環(huán)境

數(shù)據(jù)源上下文保存器,便于程序中可以隨時(shí)取到當(dāng)前的數(shù)據(jù)源,它主要利用 ThreadLocal 封裝,因?yàn)?ThreadLocal 是線程隔離的,天然具有線程安全的優(yōu)勢(shì)。這里暴露了 set 和 get、clear 方法，set 方法用于賦值當(dāng)前的數(shù)據(jù)源名,get 方法用于獲取當(dāng)前的數(shù)據(jù)源名稱,clear 方法用于清除 ThreadLocal 中的內(nèi)容,因?yàn)?ThreadLocal 的 key 是 weakReference 是有內(nèi)存泄漏風(fēng)險(xiǎn)的,通過(guò) remove 方法防止內(nèi)存泄漏； 

/**  
 * 利用ThreadLocal封裝的保存數(shù)據(jù)源上線的上下文context  
 */  
public class DataSourceContextHolder {  
    private static final ThreadLocal<String> context = new ThreadLocal<>();  
    /**  
     * 賦值  
     *  
     * @param datasourceType  
     */  
    public static void set(String datasourceType) {  
        context.set(datasourceType);  
    }  
    /**  
     * 獲取值  
     * @return  
     */  
    public static String get() {  
        return context.get();  
    }  
    public static void clear() {  
        context.remove();  
    }  
} 

四：切換注解和 Aop 配置

首先我們來(lái)定義一個(gè)@DataSourceSwitcher 注解,擁有兩個(gè)屬性 ① 當(dāng)前的數(shù)據(jù)源 ② 是否清除當(dāng)前的數(shù)據(jù)源,并且只能放在方法上,(不可以放在類上,也沒(méi)必要放在類上,因?yàn)槲覀冊(cè)谶M(jìn)行數(shù)據(jù)源切換的時(shí)候肯定是方法操作),該注解的主要作用就是進(jìn)行數(shù)據(jù)源的切換,在 dao 層進(jìn)行操作數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候,可以在方法上注明表示的是當(dāng)前使用哪個(gè)數(shù)據(jù)源;

@DataSourceSwitcher 注解的定義: 

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  
@Target(ElementType.METHOD)  
@Documented  
public @interface DataSourceSwitcher {  
    /**  
     * 默認(rèn)數(shù)據(jù)源  
     * @return  
     */  
    DataSourceEnum value() default DataSourceEnum.MASTER;  
    /**  
     * 清除  
     * @return  
     */  
    boolean clear() default true;  
} 

DataSourceAop 配置

為了賦予@DataSourceSwitcher 注解能夠切換數(shù)據(jù)源的能力,我們需要使用 AOP,然后使用@Aroud 注解找到方法上有@DataSourceSwitcher.class 的方法,然后取注解上配置的數(shù)據(jù)源的值,設(shè)置到 DataSourceContextHolder 中,就實(shí)現(xiàn)了將當(dāng)前方法上配置的數(shù)據(jù)源注入到全局作用域當(dāng)中; 

@Slf4j  
@Aspect  
@Order(value = 1)  
@Component  
public class DataSourceContextAop {  
    @Around("@annotation(com.wyq.mysqlreadwriteseparate.annotation.DataSourceSwitcher)")  
    public Object setDynamicDataSource(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {  
        boolean clear = false;  
        try {  
            Method method = this.getMethod(pjp);  
            DataSourceSwitcher dataSourceSwitcher = method.getAnnotation(DataSourceSwitcher.class);  
            clear = dataSourceSwitcher.clear();  
            DataSourceContextHolder.set(dataSourceSwitcher.value().getDataSourceName());  
            log.info("數(shù)據(jù)源切換至：{}", dataSourceSwitcher.value().getDataSourceName());  
            return pjp.proceed();  
        } finally {  
            if (clear) {  
                DataSourceContextHolder.clear();  
            }  
        }  
    }  
    private Method getMethod(JoinPoint pjp) {  
        MethodSignature signature = (MethodSignature) pjp.getSignature();  
        return signature.getMethod();  
    }  
} 

五：用法以及測(cè)試

在配置好了讀寫分離之后,就可以在代碼中使用了,一般而言我們使用在 service 層或者 dao 層,在需要查詢的方法上添加@DataSourceSwitcher(DataSourceEnum.SLAVE),它表示該方法下所有的操作都走的是讀庫(kù);在需要 update 或者 insert 的時(shí)候使用@DataSourceSwitcher(DataSourceEnum.MASTER)表示接下來(lái)將會(huì)走寫庫(kù)。

其實(shí)還有一種更為自動(dòng)的寫法,可以根據(jù)方法的前綴來(lái)配置 AOP 自動(dòng)切換數(shù)據(jù)源,比如 update、insert、fresh 等前綴的方法名一律自動(dòng)設(shè)置為寫庫(kù),select、get、query 等前綴的方法名一律配置為讀庫(kù),這是一種更為自動(dòng)的配置寫法。缺點(diǎn)就是方法名需要按照 aop 配置的嚴(yán)格來(lái)定義,否則就會(huì)失效 

@Service  
public class OrderService {  
    @Resource  
    private OrderMapper orderMapper;  
    /**  
     * 讀操作  
     *  
     * @param orderId  
     * @return  
     */  
    @DataSourceSwitcher(DataSourceEnum.SLAVE)  
    public List<Order> getOrder(String orderId) {  
        return orderMapper.listOrders(orderId);   
    }  
    /**  
     * 寫操作  
     *  
     * @param orderId  
     * @return  
     */  
    @DataSourceSwitcher(DataSourceEnum.MASTER)  
    public List<Order> insertOrder(Long orderId) {  
        Order order = new Order();  
        order.setOrderId(orderId); 
         return orderMapper.saveOrder(order);  
    }  
} 

六：總結(jié)

圖片

上面是基本流程簡(jiǎn)圖,本篇博客介紹了如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫分離,注意讀寫分離的核心點(diǎn)就是數(shù)據(jù)路由,需要繼承 AbstractRoutingDataSource,復(fù)寫它的 determineCurrentLookupKey 方法,同時(shí)需要注意全局的上下文管理器 DataSourceContextHolder,它是保存數(shù)據(jù)源上下文的主要類,也是路由方法中尋找的數(shù)據(jù)源取值,相當(dāng)于數(shù)據(jù)源的中轉(zhuǎn)站.再結(jié)合 jdbc-Template 的底層去創(chuàng)建和管理數(shù)據(jù)源、事務(wù)等，我們的數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫分離就完美實(shí)現(xiàn)了。