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
