高性能數(shù)據(jù)庫(kù)中的讀寫(xiě)分離原理是什么

本篇文章給大家分享的是有關(guān)高性能數(shù)據(jù)庫(kù)中的讀寫(xiě)分離是怎樣的，小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家學(xué)習(xí)，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話(huà)不多說(shuō)，跟著小編一起來(lái)看看吧。

雖然近十年來(lái)各種存儲(chǔ)技術(shù)飛速發(fā)展，但關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)由于其 ACID 的特性和功能強(qiáng)大的 SQL 查詢(xún)，目前還是各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)中關(guān)鍵和核心的存儲(chǔ)系統(tǒng)，很多場(chǎng)景下高性能的設(shè)計(jì)最核心的部分就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。

不管是為了滿(mǎn)足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，還是為了提升自己的競(jìng)爭(zhēng)力，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)廠商（Oracle、DB2、MySQL 等）在優(yōu)化和提升單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的性能方面也做了非常多的技術(shù)優(yōu)化和改進(jìn)。但業(yè)務(wù)發(fā)展速度和數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出數(shù)據(jù)庫(kù)廠商的優(yōu)化速度，尤其是互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)興起之后，海量用戶(hù)加上海量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器已經(jīng)難以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需要，必須考慮數(shù)據(jù)庫(kù)集群的方式來(lái)提升性能。

高性能數(shù)據(jù)庫(kù)集群的第一種方式是“讀寫(xiě)分離”，其本質(zhì)是將訪(fǎng)問(wèn)壓力分散到集群中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，但是沒(méi)有分散存儲(chǔ)壓力；第二種方式是“分庫(kù)分表”，既可以分散訪(fǎng)問(wèn)壓力，又可以分散存儲(chǔ)壓力。先來(lái)看看“讀寫(xiě)分離”。

讀寫(xiě)分離原理

讀寫(xiě)分離的基本原理是將數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)操作分散到不同的節(jié)點(diǎn)上，下面是其基本架構(gòu)圖。

讀寫(xiě)分離的基本實(shí)現(xiàn)是：

• 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器搭建主從集群，一主一從、一主多從都可以。

• 數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)負(fù)責(zé)讀寫(xiě)操作，從機(jī)只負(fù)責(zé)讀操作。

• 數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)通過(guò)復(fù)制將數(shù)據(jù)同步到從機(jī)，每臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器都存儲(chǔ)了所有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

• 業(yè)務(wù)服務(wù)器將寫(xiě)操作發(fā)給數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)，將讀操作發(fā)給數(shù)據(jù)庫(kù)從機(jī)。

需要注意的是，這里用的是“主從集群”，而不是“主備集群”?！皬臋C(jī)”的“從”可以理解為“仆從”，仆從是要幫主人干活的，“從機(jī)”是需要提供讀數(shù)據(jù)的功能的；而“備機(jī)”一般被認(rèn)為僅僅提供備份功能，不提供訪(fǎng)問(wèn)功能。所以使用“主從”還是“主備”，是要看場(chǎng)景的，這兩個(gè)詞并不是完全等同的。

讀寫(xiě)分離的實(shí)現(xiàn)邏輯并不復(fù)雜，但有兩個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)將引入設(shè)計(jì)復(fù)雜度：主從復(fù)制延遲和分配機(jī)制。

復(fù)制延遲

以 MySQL 為例，主從復(fù)制延遲可能達(dá)到 1 秒，如果有大量數(shù)據(jù)同步，延遲 1 分鐘也是有可能的。主從復(fù)制延遲會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題：如果業(yè)務(wù)服務(wù)器將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到數(shù)據(jù)庫(kù)主服務(wù)器后立刻（1 秒內(nèi)）進(jìn)行讀取，此時(shí)讀操作訪(fǎng)問(wèn)的是從機(jī)，主機(jī)還沒(méi)有將數(shù)據(jù)復(fù)制過(guò)來(lái)，到從機(jī)讀取數(shù)據(jù)是讀不到最新數(shù)據(jù)的，業(yè)務(wù)上就可能出現(xiàn)問(wèn)題。例如，用戶(hù)剛注冊(cè)完后立刻登錄，業(yè)務(wù)服務(wù)器會(huì)提示他“你還沒(méi)有注冊(cè)”，而用戶(hù)明明剛才已經(jīng)注冊(cè)成功了。

解決主從復(fù)制延遲有幾種常見(jiàn)的方法：

1. 寫(xiě)操作后的讀操作指定發(fā)給數(shù)據(jù)庫(kù)主服務(wù)器

例如，注冊(cè)賬號(hào)完成后，登錄時(shí)讀取賬號(hào)的讀操作也發(fā)給數(shù)據(jù)庫(kù)主服務(wù)器。這種方式和業(yè)務(wù)強(qiáng)綁定，對(duì)業(yè)務(wù)的侵入和影響較大，如果哪個(gè)新來(lái)的程序員不知道這樣寫(xiě)代碼，就會(huì)導(dǎo)致一個(gè) bug。

2. 讀從機(jī)失敗后再讀一次主機(jī)

這就是通常所說(shuō)的“二次讀取”，二次讀取和業(yè)務(wù)無(wú)綁定，只需要對(duì)底層數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)的 API 進(jìn)行封裝即可，實(shí)現(xiàn)代價(jià)較小，不足之處在于如果有很多二次讀取，將大大增加主機(jī)的讀操作壓力。例如，黑客暴力破解賬號(hào)，會(huì)導(dǎo)致大量的二次讀取操作，主機(jī)可能頂不住讀操作的壓力從而崩潰。

3. 關(guān)鍵業(yè)務(wù)讀寫(xiě)操作全部指向主機(jī)，非關(guān)鍵業(yè)務(wù)采用讀寫(xiě)分離

例如，對(duì)于一個(gè)用戶(hù)管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，注冊(cè) + 登錄的業(yè)務(wù)讀寫(xiě)操作全部訪(fǎng)問(wèn)主機(jī)，用戶(hù)的介紹、愛(ài)好、等級(jí)等業(yè)務(wù)，可以采用讀寫(xiě)分離，因?yàn)榧词褂脩?hù)改了自己的自我介紹，在查詢(xún)時(shí)卻看到了自我介紹還是舊的，業(yè)務(wù)影響與不能登錄相比就小很多，還可以忍受。

分配機(jī)制

將讀寫(xiě)操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，然后訪(fǎng)問(wèn)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，一般有兩種方式：程序代碼封裝和中間件封裝。

1. 程序代碼封裝

程序代碼封裝指在代碼中抽象一個(gè)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層（所以有的文章也稱(chēng)這種方式為“中間層封裝”），實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)操作分離和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接的管理。例如，基于 Hibernate 進(jìn)行簡(jiǎn)單封裝，就可以實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)分離，基本架構(gòu)是：

程序代碼封裝的方式具備幾個(gè)特點(diǎn)：

• 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而且可以根據(jù)業(yè)務(wù)做較多定制化的功能。

• 每個(gè)編程語(yǔ)言都需要自己實(shí)現(xiàn)一次，無(wú)法通用，如果一個(gè)業(yè)務(wù)包含多個(gè)編程語(yǔ)言寫(xiě)的多個(gè)子系統(tǒng)，則重復(fù)開(kāi)發(fā)的工作量比較大。

• 故障情況下，如果主從發(fā)生切換，則可能需要所有系統(tǒng)都修改配置并重啟。

目前開(kāi)源的實(shí)現(xiàn)方案中，淘寶的 TDDL（Taobao Distributed Data Layer，外號(hào): 頭都大了）是比較有名的。它是一個(gè)通用數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層，所有功能封裝在 jar 包中提供給業(yè)務(wù)代碼調(diào)用。其基本原理是一個(gè)基于集中式配置的 jdbc datasource 實(shí)現(xiàn)，具有主備、讀寫(xiě)分離、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)配置等功能，基本架構(gòu)是：

（http://1.im.guokr.com/0Y5YjfjQ8eGOzeskpen2mlNIYA_b7DBLbGT0YHyUiLFZAgAAgwEAAFBO.png）

2. 中間件封裝

中間件封裝指的是獨(dú)立一套系統(tǒng)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)操作分離和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接的管理。中間件對(duì)業(yè)務(wù)服務(wù)器提供 SQL 兼容的協(xié)議，業(yè)務(wù)服務(wù)器無(wú)須自己進(jìn)行讀寫(xiě)分離。對(duì)于業(yè)務(wù)服務(wù)器來(lái)說(shuō)，訪(fǎng)問(wèn)中間件和訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有區(qū)別，事實(shí)上在業(yè)務(wù)服務(wù)器看來(lái)，中間件就是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。其基本架構(gòu)是：

數(shù)據(jù)庫(kù)中間件的方式具備的特點(diǎn)是：

• 能夠支持多種編程語(yǔ)言，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)中間件對(duì)業(yè)務(wù)服務(wù)器提供的是標(biāo)準(zhǔn) SQL 接口。

• 數(shù)據(jù)庫(kù)中間件要支持完整的 SQL 語(yǔ)法和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的協(xié)議（例如，MySQL 客戶(hù)端和服務(wù)器的連接協(xié)議），實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，細(xì)節(jié)特別多，很容易出現(xiàn) bug，需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能穩(wěn)定。

• 數(shù)據(jù)庫(kù)中間件自己不執(zhí)行真正的讀寫(xiě)操作，但所有的數(shù)據(jù)庫(kù)操作請(qǐng)求都要經(jīng)過(guò)中間件，中間件的性能要求也很高。

• 數(shù)據(jù)庫(kù)主從切換對(duì)業(yè)務(wù)服務(wù)器無(wú)感知，數(shù)據(jù)庫(kù)中間件可以探測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的主從狀態(tài)。例如，向某個(gè)測(cè)試表寫(xiě)入一條數(shù)據(jù)，成功的就是主機(jī)，失敗的就是從機(jī)。

由于數(shù)據(jù)庫(kù)中間件的復(fù)雜度要比程序代碼封裝高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，一般情況下建議采用程序語(yǔ)言封裝的方式，或者使用成熟的開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)中間件。如果是大公司，可以投入人力去實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中間件，因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)一旦做好，接入的業(yè)務(wù)系統(tǒng)越多，節(jié)省的程序開(kāi)發(fā)投入就越多，價(jià)值也越大。

目前的開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)中間件方案中，MySQL 官方先是提供了 MySQL Proxy，但 MySQL Proxy 一直沒(méi)有正式 GA，現(xiàn)在 MySQL 官方推薦 MySQL Router。MySQL Router 的主要功能有讀寫(xiě)分離、故障自動(dòng)切換、負(fù)載均衡、連接池等，其基本架構(gòu)如下：

（https://dev.mysql.com/doc/mysql-router/2.1/en/images/mysql-router-positioning.png）

奇虎 360 公司也開(kāi)源了自己的數(shù)據(jù)庫(kù)中間件 Atlas，Atlas 是基于 MySQL Proxy 實(shí)現(xiàn)的，基本架構(gòu)如下：

以下是官方介紹，更多內(nèi)容你可以參考這里。

Atlas 是一個(gè)位于應(yīng)用程序與 MySQL 之間中間件。在后端 DB 看來(lái)，Atlas 相當(dāng)于連接它的客戶(hù)端，在前端應(yīng)用看來(lái)，Atlas 相當(dāng)于一個(gè) DB。Atlas 作為服務(wù)端與應(yīng)用程序通信，它實(shí)現(xiàn)了 MySQL 的客戶(hù)端和服務(wù)端協(xié)議，同時(shí)作為客戶(hù)端與 MySQL 通信。它對(duì)應(yīng)用程序屏蔽了 DB 的細(xì)節(jié)，同時(shí)為了降低 MySQL 負(fù)擔(dān)，它還維護(hù)了連接池。

以上就是高性能數(shù)據(jù)庫(kù)中的讀寫(xiě)分離是怎樣的，小編相信有部分知識(shí)點(diǎn)可能是我們?nèi)粘９ぷ鲿?huì)見(jiàn)到或用到的。希望你能通過(guò)這篇文章學(xué)到更多知識(shí)。更多詳情敬請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。