java读写分离的实现

1.  背景

我们一般应用对数据库而言都是“读多写少”，也就说对数据库读取数据的压力比较大，有一个思路就是说采用数据库集群的方案，

其中一个是主库，负责写入数据，我们称之为：写库；

其它都是从库，负责读取数据，我们称之为：读库；

 

那么，对我们的要求是：

1、读库和写库的数据一致；（这个是很重要的一个问题，处理业务逻辑要放在service层去处理，不要在dao或者mapper层面去处理）

2、写数据必须写到写库；

3、读数据必须到读库；

 

2.  方案

解决读写分离的方案有两种：应用层解决和中间件解决。

 

2.1. 应用层解决：

优点：

1、多数据源切换方便，由程序自动完成；

2、不需要引入中间件；

3、理论上支持任何数据库；

缺点：

1、由程序员完成，运维参与不到；

2、不能做到动态增加数据源；

 

2.2. 中间件解决

 

优缺点：

 

优点：

1、源程序不需要做任何改动就可以实现读写分离；

2、动态添加数据源不需要重启程序；

 

缺点：

1、程序依赖于中间件，会导致切换数据库变得困难；

2、由中间件做了中转代理，性能有所下降；

 

3.  使用Spring基于应用层实现

3.1. 原理

 

3.2. DynamicDataSource

 

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

/**

* 定义动态数据源，实现通过集成Spring提供的AbstractRoutingDataSource，只需要实现determineCurrentLookupKey方法即可

*

* 由于DynamicDataSource是单例的，线程不安全的，所以采用ThreadLocal保证线程安全，由DynamicDataSourceHolder完成。

*

* @author zhijun

*

*/

public class DynamicDataSource extends AbstractRoutingDataSource{

@Override

protected Object determineCurrentLookupKey() {

// 使用DynamicDataSourceHolder保证线程安全，并且得到当前线程中的数据源key

return DynamicDataSourceHolder.getDataSourceKey();

}

}

3.3. DynamicDataSourceHolder

 

<pre name="code" class="java">/**

*

* 使用ThreadLocal技术来记录当前线程中的数据源的key

*

* @author zhijun

*

*/

public class DynamicDataSourceHolder {

//写库对应的数据源key

private static final String MASTER = "master";

//读库对应的数据源key

private static final String SLAVE = "slave";

//使用ThreadLocal记录当前线程的数据源key

private static final ThreadLocal<String> holder = new ThreadLocal<String>();

/**

* 设置数据源key

* @param key

*/

public static void putDataSourceKey(String key) {

holder.set(key);

}

/**

* 获取数据源key

* @return

*/

public static String getDataSourceKey() {

return holder.get();

}

/**

* 标记写库

*/

public static void markMaster(){

putDataSourceKey(MASTER);

}

/**

* 标记读库

*/

public static void markSlave(){

putDataSourceKey(SLAVE);

}

}

 

 

3.4. DataSourceAspect

 

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;

import org.aspectj.lang.JoinPoint;

/**

* 定义数据源的AOP切面，通过该Service的方法名判断是应该走读库还是写库

*

* @author zhijun

*

*/

public class DataSourceAspect {

/**

* 在进入Service方法之前执行

*

* @param point 切面对象

*/

public void before(JoinPoint point) {

// 获取到当前执行的方法名

String methodName = point.getSignature().getName();

if (isSlave(methodName)) {

// 标记为读库

DynamicDataSourceHolder.markSlave();

} else {

// 标记为写库

DynamicDataSourceHolder.markMaster();

}

}

/**

* 判断是否为读库

*

* @param methodName

* @return

*/

private Boolean isSlave(String methodName) {

// 方法名以query、find、get开头的方法名走从库

return StringUtils.startsWithAny(methodName, "query", "find", "get");

}

}

3.5. 配置2个数据源

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.  定义连接池

 

<!-- 配置连接池 -->

<bean id="masterDataSource" class="com.jolbox.bonecp.BoneCPDataSource"

destroy-method="close">

<!-- 数据库驱动 -->

<property name="driverClass" value="${jdbc.master.driver}" />

<!-- 相应驱动的jdbcUrl -->

<property name="jdbcUrl" value="${jdbc.master.url}" />

<!-- 数据库的用户名 -->

<property name="username" value="${jdbc.master.username}" />

<!-- 数据库的密码 -->

<property name="password" value="${jdbc.master.password}" />

<!-- 检查数据库连接池中空闲连接的间隔时间，单位是分，默认值：240，如果要取消则设置为0 -->

<property name="idleConnectionTestPeriod" value="60" />

<!-- 连接池中未使用的链接最大存活时间，单位是分，默认值：60，如果要永远存活设置为0 -->

<property name="idleMaxAge" value="30" />

<!-- 每个分区最大的连接数 -->

<property name="maxConnectionsPerPartition" value="150" />

<!-- 每个分区最小的连接数 -->

<property name="minConnectionsPerPartition" value="5" />

</bean>

<!-- 配置连接池 -->

<bean id="slave01DataSource" class="com.jolbox.bonecp.BoneCPDataSource"

destroy-method="close">

<!-- 数据库驱动 -->

<property name="driverClass" value="${jdbc.slave01.driver}" />

<!-- 相应驱动的jdbcUrl -->

<property name="jdbcUrl" value="${jdbc.slave01.url}" />

<!-- 数据库的用户名 -->

<property name="username" value="${jdbc.slave01.username}" />

<!-- 数据库的密码 -->

<property name="password" value="${jdbc.slave01.password}" />

<!-- 检查数据库连接池中空闲连接的间隔时间，单位是分，默认值：240，如果要取消则设置为0 -->

<property name="idleConnectionTestPeriod" value="60" />

<!-- 连接池中未使用的链接最大存活时间，单位是分，默认值：60，如果要永远存活设置为0 -->

<property name="idleMaxAge" value="30" />

<!-- 每个分区最大的连接数 -->

<property name="maxConnectionsPerPartition" value="150" />

<!-- 每个分区最小的连接数 -->

<property name="minConnectionsPerPartition" value="5" />

</bean>

3.5.3.  定义DataSource

 

<!-- 定义数据源，使用自己实现的数据源 -->

<bean id="dataSource" class="cn.itcast.usermanage.spring.DynamicDataSource">

<!-- 设置多个数据源 -->

<property name="targetDataSources">

<map key-type="java.lang.String">

<!-- 这个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>

<!-- 设置默认的数据源，这里默认走写库 -->

<property name="defaultTargetDataSource" ref="masterDataSource"/>

</bean>

3.6. 配置事务管理以及动态切换数据源切面

3.6.1.  定义事务管理器

 

<!-- 定义事务管理器 -->

<bean id="transactionManager"

class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">

<property name="dataSource" ref="dataSource" />

</bean>

 

3.6.2.  定义事务策略

 

<!-- 定义事务策略 -->

<tx:advice id="txAdvice" transaction-manager="transactionManager">

<tx:attributes>

<!--定义查询方法都是只读的 -->

<tx:method name="query*" read-only="true" />

<tx:method name="find*" read-only="true" />

<tx:method name="get*" read-only="true" />

<!-- 主库执行操作，事务传播行为定义为默认行为 -->

<tx:method name="save*" propagation="REQUIRED" />

<tx:method name="update*" propagation="REQUIRED" />

<tx:method name="delete*" propagation="REQUIRED" />

<!--其他方法使用默认事务策略 -->

<tx:method name="*" />

</tx:attributes>

</tx:advice>

 

3.6.3.  定义切面

<!-- 定义AOP切面处理器 -->

<bean class="cn.itcast.usermanage.spring.DataSourceAspect" id="dataSourceAspect" />

<aop:config>

<!-- 定义切面，所有的service的所有方法 -->

<aop:pointcut id="txPointcut" expression="execution(* xx.xxx.xxxxxxx.service.*.*(..))" />

<!-- 应用事务策略到Service切面 -->

<aop:advisor advice-ref="txAdvice" pointcut-ref="txPointcut"/>

<!-- 将切面应用到自定义的切面处理器上，-9999保证该切面优先级最高执行 -->

<aop:aspect ref="dataSourceAspect" order="-9999">

<aop:before method="before" pointcut-ref="txPointcut" />

</aop:aspect>

</aop:config>

 

 

4.  改进切面实现，使用事务策略规则匹配

之前的实现我们是将通过方法名匹配，而不是使用事务策略中的定义，我们使用事务管理策略中的规则匹配。

 

4.1. 改进后的配置

 

<!-- 定义AOP切面处理器 -->

<bean class="cn.itcast.usermanage.spring.DataSourceAspect" id="dataSourceAspect">

<!-- 指定事务策略 -->

<property name="txAdvice" ref="txAdvice"/>

<!-- 指定slave方法的前缀（非必须） -->

<property name="slaveMethodStart" value="query,find,get"/>

</bean>

 

 

4.2. 改进后的实现

 

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;

/**

* 定义数据源的AOP切面，该类控制了使用Master还是Slave。

*

* 如果事务管理中配置了事务策略，则采用配置的事务策略中的标记了ReadOnly的方法是用Slave，其它使用Master。

*

* 如果没有配置事务管理的策略，则采用方法名匹配的原则，以query、find、get开头方法用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;

/**

* 读取事务管理中的策略

*

* @param txAdvice

* @throws Exception

*/

@SuppressWarnings("unchecked")

public void setTxAdvice(TransactionInterceptor txAdvice) throws Exception {

if (txAdvice == null) {

// 没有配置事务管理策略

return;

}

//从txAdvice获取到策略配置信息

TransactionAttributeSource transactionAttributeSource = txAdvice.getTransactionAttributeSource();

if (!(transactionAttributeSource instanceof NameMatchTransactionAttributeSource)) {

return;

}

//使用反射技术获取到NameMatchTransactionAttributeSource对象中的nameMap属性值

NameMatchTransactionAttributeSource matchTransactionAttributeSource = (NameMatchTransactionAttributeSource) transactionAttributeSource;

Field nameMapField = ReflectionUtils.findField(NameMatchTransactionAttributeSource.class, "nameMap");

nameMapField.setAccessible(true); //设置该字段可访问

//获取nameMap的值

Map<String, TransactionAttribute> map = (Map<String, TransactionAttribute>) nameMapField.get(matchTransactionAttributeSource);

//遍历nameMap

for (Map.Entry<String, TransactionAttribute> entry : map.entrySet()) {

if (!entry.getValue().isReadOnly()) {//判断之后定义了ReadOnly的策略才加入到slaveMethodPattern

continue;

}

slaveMethodPattern.add(entry.getKey());

}

}

/**

* 在进入Service方法之前执行

*

* @param point 切面对象

*/

public void before(JoinPoint point) {

// 获取到当前执行的方法名

String methodName = point.getSignature().getName();

boolean isSlave = false;

if (slaveMethodPattern.isEmpty()) {

// 当前Spring容器中没有配置事务策略，采用方法名匹配方式

isSlave = isSlave(methodName);

} else {

// 使用策略规则匹配

for (String mappedName : slaveMethodPattern) {

if (isMatch(methodName, mappedName)) {

isSlave = true;

break;

}

}

}

if (isSlave) {

// 标记为读库

DynamicDataSourceHolder.markSlave();

} else {

// 标记为写库

DynamicDataSourceHolder.markMaster();

}

}

/**

* 判断是否为读库

*

* @param methodName

* @return

*/

private Boolean isSlave(String methodName) {

// 方法名以query、find、get开头的方法名走从库

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);

}

/**

* 用户指定slave的方法名前缀

* @param slaveMethodStart

*/

public void setSlaveMethodStart(String[] slaveMethodStart) {

this.slaveMethodStart = slaveMethodStart;

}

public String[] getSlaveMethodStart() {

if(this.slaveMethodStart == null){

// 没有指定，使用默认

return defaultSlaveMethodStart;

}

return slaveMethodStart;

}

}

 

 

5.  一主多从的实现

很多实际使用场景下都是采用“一主多从”的架构的，所以我们现在对这种架构做支持，目前只需要修改DynamicDataSource即可。

 

 

 

5.1. 实现

 

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;

/**

* 定义动态数据源，实现通过集成Spring提供的AbstractRoutingDataSource，只需要实现determineCurrentLookupKey方法即可

*

* 由于DynamicDataSource是单例的，线程不安全的，所以采用ThreadLocal保证线程安全，由DynamicDataSourceHolder完成。

*

* @author zhijun

*

*/

public class DynamicDataSource extends AbstractRoutingDataSource {

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

private Integer slaveCount;

// 轮询计数,初始为-1,AtomicInteger是线程安全的

private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(-1);

// 记录读库的key

private List<Object> slaveDataSources = new ArrayList<Object>(0);

@Override

protected Object determineCurrentLookupKey() {

// 使用DynamicDataSourceHolder保证线程安全，并且得到当前线程中的数据源key

if (DynamicDataSourceHolder.isMaster()) {

Object key = DynamicDataSourceHolder.getDataSourceKey();

if (LOGGER.isDebugEnabled()) {

LOGGER.debug("当前DataSource的key为: " + key);

}

return key;

}

Object key = getSlaveKey();

if (LOGGER.isDebugEnabled()) {

LOGGER.debug("当前DataSource的key为: " + key);

}

return key;

}

@SuppressWarnings("unchecked")

@Override

public void afterPropertiesSet() {

super.afterPropertiesSet();

// 由于父类的resolvedDataSources属性是私有的子类获取不到，需要使用反射获取

Field field = ReflectionUtils.findField(AbstractRoutingDataSource.class, "resolvedDataSources");

field.setAccessible(true); // 设置可访问

try {

Map<Object, DataSource> resolvedDataSources = (Map<Object, DataSource>) field.get(this);

// 读库的数据量等于数据源总数减去写库的数量

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);

}

}

/**

* 轮询算法实现

*

* @return

*/

public Object getSlaveKey() {

// 得到的下标为：0、1、2、3……

Integer index = counter.incrementAndGet() % slaveCount;

if (counter.get() > 9999) { // 以免超出Integer范围

counter.set(-1); // 还原

}

return slaveDataSources.get(index);

}

}

 

 

6.  MySQL主从复制

6.1. 原理

 

 

mysql主(称master)从(称slave)复制的原理：

1、master将数据改变记录到二进制日志(binarylog)中,也即是配置文件log-bin指定的文件(这些记录叫做二进制日志事件，binary log events)

2、slave将master的binary logevents拷贝到它的中继日志(relay log)

3、slave重做中继日志中的事件,将改变反映它自己的数据(数据重演)

6.2. 主从配置需要注意的地方

1、主DB server和从DB server数据库的版本一致

2、主DB server和从DB server数据库数据一致[ 这里就会可以把主的备份在从上还原，也可以直接将主的数据目录拷贝到从的相应数据目录]

3、主DB server开启二进制日志,主DB server和从DB server的server_id都必须唯一

6.3. 主库配置（windows，Linux下也类似）

可能有些朋友主从数据库的ip地址、用户名和账号配置不是很清楚，下面是我测试的主从配置，ip都是127.0.0.1，我在讲完自己的例子后，还会写

一个主从ip是不相同的配置的例子，大家可以通过这个例子去更加直观的了解配置方法。

在my.ini  [mysqld] 下面修改（从库也是如此）：

 

#开启主从复制，主库的配置

log-bin= mysql3306-bin

#指定主库serverid

server-id=101

#指定同步的数据库，如果不指定则同步全部数据库

binlog-do-db=mybatis_1128

 （my.ini中输入的这些命令一定要和下面有一行空格，不然MySQL不识别）

执行SQL语句查询状态：

SHOW MASTER STATUS

 

 

 需要记录下Position值，需要在从库中设置同步起始值。

 

 

 另外我再说一点，如果您在mysql执行SHOW MASTER STATUS  发现配置在my.ini中的内容没有起到效果，可能原因是并没有选择对my.ini文件，也可能是您没有重启服务，很大概率是后者造成的原因，

要想使配置生效，必须关掉MySQL服务，再重新启动。

关闭服务的方法：

win键打开，输入services.msc调出服务：

 

 

 

 

再启动SQLyog，发现配置已经生效了。

 

6.4. 在主库创建同步用户

#授权用户slave01使用123456密码登录mysql

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

flush privileges;

6.5. 从库配置

在my.ini修改：

 

#指定serverid，只要不重复即可，从库也只有这一个配置，其他都在SQL语句中操作

server-id=102

 

以下执行SQL（使用从机的root账户执行）：

CHANGE MASTER TO

 master_host='127.0.0.1',//主机的ip地址

 master_user='slave01',//主机的用户（就是刚刚在主机通过sql创建出来的账户）

 master_password='123456',

 master_port=3306,

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

 master_log_pos=1120;//Position

 

#启动slave同步

START SLAVE;

 

#查看同步状态

SHOW SLAVE STATUS;

 

 

 

 

下面是ip不同的两台电脑的主从配置方法：

主数据库所在的操作系统：win7

　　主数据库的版本：5.0

　　主数据库的ip地址：192.168.1.111

　　从数据库所在的操作系统：linux

　　从数据的版本：5.0

　　从数据库的ip地址：192.168.1.112

介绍完了环境，就聊聊配置步骤：

　　1、确保主数据库与从数据库一模一样。

　　　　例如：主数据库里的a的数据库里有b，c，d表，那从数据库里的就应该有一个模子刻出来的a的数据库和b，c，d表

　　2、在主数据库上创建同步账号。

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

　　　　192.168.1.112：是运行使用该用户的ip地址

　　　　mstest：是新创建的用户名

　　　　123456：是新创建的用户名的密码

　　　　以上命令的详细解释，最好百度一下，写太多反到更加更不清思路。

　　3、配置主数据库的my.ini(因为是在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数据库,要同步多个数据库，就多加几个binlog-do-db=数据库名

　　　　binlog-ignore-db=mysql  //要忽略的数据库

　　4、配置从数据库的my.cnf。

　　　　[mysqld]

　　　　server-id=2

　　　　master-host=192.168.1.111

　　　　master-user=mstest      　　//第一步创建账号的用户名

　　　　master-password=123456   //第一步创建账号的密码

　　　　master-port=3306

　　　　master-connect-retry=60

　　　　replicate-do-db=mstest        //要同步的mstest数据库,要同步多个数据库，就多加几个replicate-do-db=数据库名

　　　　replicate-ignore-db=mysql　 //要忽略的数据库　

 

　　5、验证是否成功

 

 

 

进入mysql，后输入命令:show slave status\G。将显示下图。如果slave_io_running和slave_sql_running都为yes，那么表明可以成功同步了

6、测试同步数据。

　　　　进入主数据库输入命令:insert into one(name) values('beijing');

　　　　然后进入从数据库输入命令：select * from one;

　　　　如果此时从数据库有获取到数据，说明同步成功了，主从也就实现了

 

 

在进入Service之前，使用AOP来做出判断，是使用写库还是读库，判断依据可以根据方法名判断，比如说以query、find、get等开头的就走读库，其他的走写库。