SpringBoot詳解MySQL如何實現讀寫分離

2022-09-20 22:03:05

前言

首先思考一個問題:在高並行的場景中,關於資料庫都有哪些優化的手段？常用的有以下的實現方法:讀寫分離、加快取、主從架構叢集、分庫分表等，在網際網路應用中,大部分都是讀多寫少的場景,設定兩個庫,主庫和讀庫,主庫的職能是負責寫,從庫主要是負責讀,可以建立讀庫叢集,通過讀寫職能在資料來源上的隔離達到減少讀寫衝突、釋壓資料庫負載、保護資料庫的目的。在實際的使用中,凡是涉及到寫的部分直接切換到主庫，讀的部分直接切換到讀庫，這就是典型的讀寫分離技術。本篇博文將聚焦讀寫分離,探討如何實現它。

主從同步的侷限性：這裡分為主資料庫和從資料庫,主資料庫和從資料庫保持資料庫結構的一致,主庫負責寫,當寫入資料的時候,會自動同步資料到從資料庫；從資料庫負責讀,當讀請求來的時候,直接從讀庫讀取資料,主資料庫會自動進行資料複製到從資料庫中。

不過本篇部落格不介紹這部分設定的知識,因為它更偏運維工作一點。

這裡涉及到一個問題：主從複製的延遲問題,當寫入到主資料庫的過程中,突然來了一個讀請求,而此時資料還沒有完全同步,就會出現讀請求的資料讀不到或者讀出的資料比原始值少的情況。

具體的解決方法最簡單的就是將讀請求暫時指向主庫,但是同時也失去了主從分離的部分意義。

也就是說在嚴格意義上的資料一致性場景中,讀寫分離並非是完全適合的,注意更新的時效性是讀寫分離使用的缺點。

好了,這部分只是瞭解,接下來我們看下具體如何通過java程式碼來實現讀寫分離: 該專案需要引入如下依賴：springBoot、spring-aop、spring-jdbc、aspectjweaver等

一、主從資料來源的設定

我們需要設定主從資料庫,主從資料庫的設定一般都是寫在組態檔裡面。通過@ConfigurationProperties註解,可以將組態檔(一般命名為:application.Properties)裡的屬性對映到具體的類屬性上,從而讀取到寫入的值注入到具體的程式碼設定中,按照習慣大於約定的原則,主庫我們都是注為master,從庫注為slave,本專案採用了阿里的druid資料庫連線池,使用build建造者模式建立DataSource物件,DataSource就是程式碼層面抽象出來的資料來源,接著需要設定sessionFactory、sqlTemplate、事務管理器等。

/**
 * 主從設定
 */
@Configuration
@MapperScan(basePackages = "com.wyq.mysqlreadwriteseparate.mapper", sqlSessionTemplateRef = "sqlTemplate")
public class DataSourceConfig {
    /**
     * 主庫
     */
    @Bean
    @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.master")
    public DataSource master() {
        return DruidDataSourceBuilder.create().build();
    }
    /**
     * 從庫
     */
    @Bean
    @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.slave")
    public DataSource slaver() {
        return DruidDataSourceBuilder.create().build();
    }
    /**
     * 範例化資料來源路由
     */
    @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;
    }
    /**
     * 設定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();
    }
    /**
     * 建立sqlTemplate
     * @param sqlSessionFactory
     * @return
     */
    @Bean
    public SqlSessionTemplate sqlTemplate(@Qualifier("sessionFactory") SqlSessionFactory sqlSessionFactory) {
        return new SqlSessionTemplate(sqlSessionFactory);
    }
    /**
     * 事務設定
     *
     * @param dynamicDataSource
     * @return
     */
    @Bean(name = "dataSourceTx")
    public DataSourceTransactionManager dataSourceTransactionManager(@Qualifier("dynamicDB") DataSource dynamicDataSource) {
        DataSourceTransactionManager dataSourceTransactionManager = new DataSourceTransactionManager();
        dataSourceTransactionManager.setDataSource(dynamicDataSource);
        return dataSourceTransactionManager;
    }
}

二、資料來源路由的設定

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 根據使用者定義的規則選擇當前的資料來源，作用就是在執行查詢之前，設定使用的資料來源,實現動態路由的資料來源，在每次資料庫查詢操作前執行它的抽象方法 determineCurrentLookupKey() 決定使用哪個資料來源,為了能有一個全域性的資料來源管理器,此時我們需要引入DataSourceContextHolder這個資料庫上下文管理器,可以理解為全域性的變數,隨時可取(見下面詳細介紹),它的主要作用就是儲存當前的資料來源;

public class DataSourceRouter extends AbstractRoutingDataSource {
    /**
     * 最終的determineCurrentLookupKey返回的是從DataSourceContextHolder中拿到的,因此在動態切換資料來源的時候註解
     * 應該給DataSourceContextHolder設值
     *
     * @return
     */
    @Override
    protected Object determineCurrentLookupKey() {
        return DataSourceContextHolder.get();
 
    }
}

三、資料來源上下文環境

資料來源上下文儲存器,便於程式中可以隨時取到當前的資料來源,它主要利用ThreadLocal封裝,因為ThreadLocal是執行緒隔離的,天然具有執行緒安全的優勢。這裡暴露了set和get、clear方法，set方法用於賦值當前的資料來源名,get方法用於獲取當前的資料來源名稱,clear方法用於清除ThreadLocal中的內容,因為ThreadLocal的key是weakReference是有記憶體漏失風險的,通過remove方法防止記憶體漏失；

/**
 * 利用ThreadLocal封裝的儲存資料來源上線的上下文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、切換註解和Aop設定

首先我們來定義一個@DataSourceSwitcher註解,擁有兩個屬性①當前的資料來源②是否清除當前的資料來源,並且只能放在方法上,(不可以放在類上,也沒必要放在類上,因為我們在進行資料來源切換的時候肯定是方法操作),該註解的主要作用就是進行資料來源的切換,在dao層進行運算元據庫的時候,可以在方法上註明表示的是當前使用哪個資料來源; @DataSourceSwitcher註解的定義:

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
@Documented
public @interface DataSourceSwitcher {
    /**
     * 預設資料來源
     * @return
     */
    DataSourceEnum value() default DataSourceEnum.MASTER;
    /**
     * 清除
     * @return
     */
    boolean clear() default true;
}

DataSourceAop設定

為了賦予@DataSourceSwitcher註解能夠切換資料來源的能力,我們需要使用AOP,然後使用@Aroud註解找到方法上有@DataSourceSwitcher.class的方法,然後取註解上設定的資料來源的值,設定到DataSourceContextHolder中,就實現了將當前方法上設定的資料來源注入到全域性作用域當中;

@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("資料來源切換至：{}", 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、用法以及測試

在設定好了讀寫分離之後,就可以在程式碼中使用了,一般而言我們使用在service層或者dao層,在需要查詢的方法上新增@DataSourceSwitcher(DataSourceEnum.SLAVE),它表示該方法下所有的操作都走的是讀庫;在需要update或者insert的時候使用@DataSourceSwitcher(DataSourceEnum.MASTER)表示接下來將會走寫庫。

其實還有一種更為自動的寫法,可以根據方法的字首來設定AOP自動切換資料來源,比如update、insert、fresh等字首的方法名一律自動設定為寫庫,select、get、query等字首的方法名一律設定為讀庫,這是一種更為自動的設定寫法。缺點就是方法名需要按照aop設定的嚴格來定義,否則就會失效。

@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

上面是基本流程簡圖,本篇部落格介紹瞭如何實現資料庫讀寫分離,注意讀寫分離的核心點就是資料路由,需要繼承AbstractRoutingDataSource,複寫它的determineCurrentLookupKey方法,同時需要注意全域性的上下文管理器DataSourceContextHolder,它是儲存資料來源上下文的主要類,也是路由方法中尋找的資料來源取值,相當於資料來源的中轉站.再結合jdbc-Template的底層去建立和管理資料來源、事務等，我們的資料庫讀寫分離就完美實現了。

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