python实现mysql的读写分离及负载均衡

Oracle数据库有其公司开发的配套rac来实现负载均衡，目前已知的最大节点数能到128个，但是其带来的维护成本无疑是很高的，并且rac的稳定性也并不是特别理想，尤其是节点很多的时候。

但是，相对mysql来说，rac的实用性要比mysql的配套集群软件mysql-cluster要高很多。因为从网上了解到情况来看，很少公司在使用mysql-cluster，大多数企业都会选择第三方代理软件，例如MySQL Proxy、Mycat、haproxy等，但是这会引起另外一个问题：单点故障(包括mysql-cluster：管理节点)。如果要解决这个问题，就需要给代理软件搭建集群，在访问量很大的情况下，代理软件的双机或三机集群会成为访问瓶颈，继续增加其节点数，无疑会带来各方面的成本。

那么，如何可以解决这个问题呢？

解决上述问题，最好的方式个人认为应该是在程序中实现。通过和其他mysql DBA的沟通，也证实了这个想法。但是由此带来的疑问也就产生了：会不会增加开发成本？对现有的应用系统做修改会不会改动很大？会不会增加后期版本升级的难度？等等。

对于一个架构设计良好的应用系统可以很肯定的回答：不会。

那么怎么算一个架构设计良好的应用系统呢？

简单来说，就是分层合理、功能模块之间耦合性底。以本人的经验来说，系统设计基本上可以划分为以下四层：

1.  实体层：主要定义一些实体类

2.  数据层：也可以叫SQL处理层。主要负责跟数据库交互取得数据

3.  业务处：主要是根据业务流程及功能区分模块(或者说定义不同的业务类)

4.  表现层：呈现最终结果给用户

实现上述功能(mysql的读写分离及负载均衡)，在这四个层次中，仅仅涉及到数据层。

严格来说，对于设计良好的系统，只涉及到一个类的一个函数：在数据层中，一般都会单独划分出一个连接类，并且这个连接类中会有一个连接函数，需要改动的就是这个函数：在读取连接字符串之前加一个功能函数返回需要的主机、ip、端口号等信息(没有开发经历的同学可能理解这段话有点费劲)。

流程图如下：

代码如下：

import mmap
import json
import random
import mysql.connector
import time

##公有变量
#dbinfos={
#         "db0":{'host':'192.168.42.60','user':'root','pwd':'Abcd1234','my_user':'root','my_pwd':'Abcd.1234',"port":3306,"database":"","role":"RW","weight":10,"status":1},
#         "db1":{'host':'192.168.42.61','user':'root','pwd':'Abcd1234','my_user':'root','my_pwd':'Abcd.1234',"port":3306,,"database":"":"R","weight":20,"status":1}
#         }

dbinfos={}
mmap_file = None
mmap_time=None

##这个函数返回json格式的字符串，也是实现初始化数据库信息的地方
##使用json格式是为了方便数据转换，从字符串---》二进制--》字符串---》字典
##如果采用其它方式共享dbinfos的方法，可以不用此方式
##配置库的地址
def get_json_str1():
    return json.dumps(dbinfos)

##读取配置库中的内容
def get_json_str():
    try:
        global dbinfos
        cnx = mysql.connector.connect(user='root', password='Abcd.1234',
                              host='192.168.42.60',
                              database='rwlb')
        cursor = cnx.cursor()
        cmdString="select * from rwlb"
        cnt=-1
        cursor.execute(cmdString)
        for (host,user,pwd,my_user,my_pwd,role,weight,status,port,db ) in cursor:
            cnt=cnt+1
            dict_db={'host':host,'user':user,'pwd':pwd,'my_user':my_user,'my_pwd':my_pwd,"port":port,"database":db,"role":role,"weight":weight,"status":status}
            dbinfos["db"+str(cnt)]=dict_db
        cursor.close()
        cnx.close()
        return json.dumps(dbinfos)
    except:
        cursor.close()
        cnx.close()
        return ""

##判断是否能正常连接到数据库
def check_conn_host():
    try:
        cnx = mysql.connector.connect(user='root', password='Abcd.1234',
                              host='192.168.42.60',
                              database='rwlb')
        cursor = cnx.cursor()
        cmdString="select user()"
        cnt=-1
        cursor.execute(cmdString)
        for user in cursor:
            cnt=len(user)
        cursor.close()
        cnx.close()
        return cnt
    except :
        return -1;

##select 属于读操作，其他属于写操作-----这里可以划分的更详细,比如执行存储过程等
def analyze_sql_state(sql):
    if "select" in sql:
        return "R"
    else:
        return "W"

##读取时间信息
def read_mmap_time():
    global mmap_time,mmap_file
    mmap_time.seek(0)
    ##初始时间
    inittime=int(mmap_time.read().translate(None, b'\x00').decode())
    ##当前时间
    endtime=int(time.time())
    ##时间差
    dis_time=endtime-inittime
    print("dis_time:"+str(dis_time))
    #重新读取数据
    if dis_time>10:
        ##当配置库正常的情况下才重新读取数据
        print(str(check_conn_host()))
        if check_conn_host()>0:
            print("read data again")
            mmap_time.seek(0)
            mmap_file.seek(0)
            mmap_time.write(b'\x00')
            mmap_file.write(b'\x00')
            get_mmap_time()
            get_mmap_info()
        else:
            print("can not connect to host")
    #不重新读取数据
    else:
        print("do not read data again")

##从内存中读取信息，
def read_mmap_info(sql):
    read_mmap_time()
    print("The data is in memory")
    global mmap_file,dict_db
    mmap_file.seek(0)
    ##把二进制转换为字符串
    info_str=mmap_file.read().translate(None, b'\x00').decode()
    #3把字符串转成json格式，方便后面转换为字典使用
    infos=json.loads(info_str)
    host_count=len(infos)
    ##权重列表
    listw=[]
    ##总的权重数量
    wtotal=0
    ##数据库角色
    dbrole=analyze_sql_state(sql)
    ##根据权重初始化一个列表。这个是比较简单的算法，所以权重和控制在100以内比较好----这里可以选择其他比较好的算法
    for i in range(host_count):
        db="db"+str(i)
        if dbrole in infos[db]["role"]:
            if int(infos[db]["status"])==1:
                w=infos[db]["weight"]
                wtotal=wtotal+w
                for j in range(w):
                    listw.append(i)
    if wtotal >0:
        ##产生一个随机数
        rad=random.randint(0,wtotal-1)
        ##读取随机数所在的列表位置的数据
        dbindex=listw[rad]
        ##确定选择的是哪个db
        db="db"+str(dbindex)
        ##为dict_db赋值，即选取的db的信息
        dict_db=infos[db]
        return dict_db
    else :
        return {}

##如果内存中没有时间信息，则向内存红写入时间信息
def get_mmap_time():
    global mmap_time
    ##第二个参数1024是设定的内存大小，单位：字节。如果内容较多，可以调大一点
    mmap_time = mmap.mmap(-1, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = 'share_time')
    ##读取有效比特数，不包括空比特
    cnt=mmap_time.read_byte()
    if cnt==0:
        print("Load time to memory")
        mmap_time = mmap.mmap(0, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = 'share_time')
        inittime=str(int(time.time()))
        mmap_time.write(inittime.encode())

##如果内存中没有对应信息，则向内存中写信息以供下次调用使用
def get_mmap_info():
    global mmap_file
    ##第二个参数1024是设定的内存大小，单位：字节。如果内容较多，可以调大一点
    mmap_file = mmap.mmap(-1, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = 'share_mmap')
    ##读取有效比特数，不包括空比特
    cnt=mmap_file.read_byte()
    if cnt==0:
        print("Load data to memory")
        mmap_file = mmap.mmap(0, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = 'share_mmap')
        mmap_file.write(get_json_str().encode())

##测试函数
def test1():
    get_mmap_time()
    get_mmap_info()
    for i in range(10):
        sql="select * from db"
        #sql="update t set col1=a where b=2"
        dbrole=analyze_sql_state(sql)
        dict_db=read_mmap_info(sql)
        print(dict_db["host"])

def test2():
    sql="select * from db"
    res=analyze_sql_state(sql)
    print("select:"+res)
    sql="update t set col1=a where b=2"
    res=analyze_sql_state(sql)
    print("update:"+res)
    sql="insert into t values(1,2)"
    res=analyze_sql_state(sql)
    print("insert:"+res)
    sql="delete from t where b=2"
    res=analyze_sql_state(sql)
    print("delete:"+res)

##类似主函数
if __name__=="__main__":
    test2()

测试结果：

从结果可以看出，只有第一次向内存加载数据，并且按照权重实现了负载均衡。

因为测试函数test1()写的是固定语句，所以读写分离的结果没有显示出来。

另外：测试使用的数据库表结构及数据：

 desc rwlb;
+---------+-------------+------+-----+---------+-------+
| Field   | Type        | Null | Key | Default | Extra |
+---------+-------------+------+-----+---------+-------+
| host    | varchar(50) | YES  |     | NULL    |       |
| user    | varchar(50) | YES  |     | NULL    |       |
| pwd     | varchar(50) | YES  |     | NULL    |       |
| my_user | varchar(50) | YES  |     | NULL    |       |
| my_pwd  | varchar(50) | YES  |     | NULL    |       |
| role    | varchar(10) | YES  |     | NULL    |       |
| weight  | int(11)     | YES  |     | NULL    |       |
| status  | int(11)     | YES  |     | NULL    |       |
| port    | int(11)     | YES  |     | NULL    |       |
| db      | varchar(50) | YES  |     | NULL    |       |
+---------+-------------+------+-----+---------+-------+

select * from rwlb;
+---------------+------+----------+---------+-----------+------+--------+--------+------+------+
| host          | user | pwd      | my_user | my_pwd    | role | weight | status | port | db   |
+---------------+------+----------+---------+-----------+------+--------+--------+------+------+
| 192.168.42.60 | root | Abcd1234 | root    | Abcd.1234 | RW   |     10 |      1 | NULL | NULL |
| 192.168.42.61 | root | Abcd1234 | root    | Abcd.1234 | R    |     20 |      1 | NULL | NULL |
+---------------+------+----------+---------+-----------+------+--------+--------+------+------+