前言

首先思考一個問題:在高并發(fā)的場景中,關(guān)于數(shù)據(jù)庫都有哪些優(yōu)化的手段？常用的有以下的實現(xiàn)方法:讀寫分離、加緩存、主從架構(gòu)集群、分庫分表等，在互聯(lián)網(wǎng)應用中,大部分都是讀多寫少的場景,設置兩個庫,主庫和讀庫。

主庫的職能是負責寫,從庫主要是負責讀,可以建立讀庫集群,通過讀寫職能在數(shù)據(jù)源上的隔離達到減少讀寫沖突、 釋壓數(shù)據(jù)庫負載、保護數(shù)據(jù)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(shù)。本篇博文將聚焦讀寫分離,探討如何實現(xiàn)它。

目錄

• 一: 主從數(shù)據(jù)源的配置
• 二: 數(shù)據(jù)源路由的配置
• 三：數(shù)據(jù)源上下文環(huán)境
• 四：切換注解和 Aop 配置
• 五：用法以及測試
• 六：總結(jié)

主從同步的局限性：這里分為主數(shù)據(jù)庫和從數(shù)據(jù)庫,主數(shù)據(jù)庫和從數(shù)據(jù)庫保持數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的一致,主庫負責寫,當寫入數(shù)據(jù)的時候,會自動同步數(shù)據(jù)到從數(shù)據(jù)庫；從數(shù)據(jù)庫負責讀,當讀請求來的時候,直接從讀庫讀取數(shù)據(jù),主數(shù)據(jù)庫會自動進行數(shù)據(jù)復制到從數(shù)據(jù)庫中。不過本篇博客不介紹這部分配置的知識,因為它更偏運維工作一點。

這里涉及到一個問題:主從復制的延遲問題,當寫入到主數(shù)據(jù)庫的過程中,突然來了一個讀請求,而此時數(shù)據(jù)還沒有完全同步,就會出現(xiàn)讀請求的數(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數(shù)據(jù)一致性場景中,讀寫分離并非是完全適合的,注意更新的時效性是讀寫分離使用的缺點。

好了,這部分只是了解,接下來我們看下具體如何通過 java 代碼來實現(xiàn)讀寫分離:

該項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,主從數(shù)據(jù)庫的配置一般都是寫在配置文件里面。通過@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,按照習慣大于約定的原則,主庫我們都是注為 master,從庫注為 slave。

本項目采用了阿里的 druid 數(shù)據(jù)庫連接池,使用 build 建造者模式創(chuàng)建 DataSource 對象,DataSource 就是代碼層面抽象出來的數(shù)據(jù)源,接著需要配置 sessionFactory、sqlTemplate、事務管理器等

/**
 * 主從配置
 *
 * @author wyq
 */
@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();
    }


    /**
     * 實例化數(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)則選擇當前的數(shù)據(jù)源，作用就是在執(zhí)行查詢之前，設置使用的數(shù)據(jù)源,實現(xiàn)動態(tài)路由的數(shù)據(jù)源，在每次數(shù)據(jù)庫查詢操作前執(zhí)行它的抽象方法 determineCurrentLookupKey() 決定使用哪個數(shù)據(jù)源。

為了能有一個全局的數(shù)據(jù)源管理器,此時我們需要引入 DataSourceContextHolder 這個數(shù)據(jù)庫上下文管理器,可以理解為全局的變量,隨時可取(見下面詳細介紹),它的主要作用就是保存當前的數(shù)據(jù)源;

public class DataSourceRouter extends AbstractRoutingDataSource {

    /**
     * 最終的determineCurrentLookupKey返回的是從DataSourceContextHolder中拿到的,因此在動態(tài)切換數(shù)據(jù)源的時候注解
     * 應該給DataSourceContextHolder設值
     *
     * @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取到當前的數(shù)據(jù)源,它主要利用 ThreadLocal 封裝,因為 ThreadLocal 是線程隔離的,天然具有線程安全的優(yōu)勢。這里暴露了 set 和 get、clear 方法，set 方法用于賦值當前的數(shù)據(jù)源名,get 方法用于獲取當前的數(shù)據(jù)源名稱,clear 方法用于清除 ThreadLocal 中的內(nèi)容,因為 ThreadLocal 的 key 是 weakReference 是有內(nèi)存泄漏風險的,通過 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

首先我們來定義一個@DataSourceSwitcher 注解,擁有兩個屬性 ① 當前的數(shù)據(jù)源 ② 是否清除當前的數(shù)據(jù)源,并且只能放在方法上,(不可以放在類上,也沒必要放在類上,因為我們在進行數(shù)據(jù)源切換的時候肯定是方法操作),該注解的主要作用就是進行數(shù)據(jù)源的切換,在 dao 層進行操作數(shù)據(jù)庫的時候,可以在方法上注明表示的是當前使用哪個數(shù)據(jù)源;

@DataSourceSwitcher 注解的定義:

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
@Documented
public @interface DataSourceSwitcher {
    /**
     * 默認數(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,設置到 DataSourceContextHolder 中,就實現(xiàn)了將當前方法上配置的數(shù)據(jù)源注入到全局作用域當中;

@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("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;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(jù)方法的前綴來配置 AOP 自動切換數(shù)據(jù)源,比如 update、insert、fresh 等前綴的方法名一律自動設置為寫庫,select、get、query 等前綴的方法名一律配置為讀庫,這是一種更為自動的配置寫法。缺點就是方法名需要按照 aop 配置的嚴格來定義,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(jié)

上面是基本流程簡圖,本篇博客介紹了如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫讀寫分離,注意讀寫分離的核心點就是數(shù)據(jù)路由,需要繼承 AbstractRoutingDataSource,復寫它的 determineCurrentLookupKey 方法,同時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、事務等，我們的數(shù)據(jù)庫讀寫分離就完美實現(xiàn)了。

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