Java基础-读写分离实现

一、是什么

　　所谓读写分离，就是应用程序对数据库的操作请求分发到读库和写库，查询操作分发到读库（从库），增删改操作分发到写库（主库）。

二、有什么用

　　读写分离主要是为了解决业务数据量大后，读写操作在一个库上操作引起数据库性能问题，通过将请求按类型分发，缓解数据库压力，提高应用程序的执行效率。

三、怎么用

　　目前读写分离实现方案主要有两种：中间件解决和业务层解决。

　　中间件解决指的是使用mysql-proxy、Amoeba等数据库中间件实现读写分离。优点是1、程序无需任何修改，开发人员无感知；2、动态添加数据源无需重启程序。缺点是1、程序依赖中间件，切换数据库可能会很困难；2、 使用中间件，相当于加了一层，对性能肯定有所损耗。

　　业务层解决一般就是使用AOP根据方法签名判断操作应该分发到从库还是主库，在AOP中实现操作分发。优点是1、多数据源切换方便，由程序自动完成；2、理论上支持任何数据库。缺点是1、本该应该是数据库层完成的操作（原则上数据库操作就应该由数据来完成）上浮到业务层，增加了编程复杂度及数据库操作控制的混乱程度；2、无法做到动态添加数据源。

　　一般我们优先选择在业务层实现读写分离。

　　1、定义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();
}
 
}

　　2、定义DynamicDataSourceHolder

*
* 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、定义DataSourceAspect切面

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");
}
 
}

 

　　4、配置数据源（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

　　5、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>

　　6、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>

 

 

　　7、配置事务管理以及动态切换数据源切面

　　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> 

　　

　　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>

　　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>

　　还可以使用事务策略规则匹配。使用事务管理策略中的规则匹配，比通过方法名匹配更好。

<!-- 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>

 　　8、业务实现

 
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;
}
 
}

 

 

四、深入研究方向

　　1、主库插入记录，从库完成对主库的同步前查询记录为空问题

　　2、如何实现一主多从

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);
}
 
}

五、面试点

　　1、读写分离的实现方式及各自优劣势