前言

首先思考一個問題:在高并發的場景中,關于數據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、加緩存、主從架構集群、分庫分表等，在互聯網應用中,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,通過讀寫職能在數據源上的隔離達到減少讀寫沖突、釋壓數據庫負載 、保護數據庫的目的 。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。

圖片

主從同步的局限性 ：這里分為主數據庫和從數據庫,主數據庫和從數據庫保持數據庫結構的一致,主庫負責寫,當寫入數據的時候,會自動同步數據到從數據庫；從數據庫負責讀,當讀請求來的時候,直接從讀庫讀取數據,主數據庫會自動進行數據復制到從數據庫中。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,當寫入到主數據庫的過程中,突然來了一個讀請求,而此時數據還沒有完全同步,就會出現讀請求的數據讀不到或者讀出的數據比原始值少的情況。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據一致性場景中,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: 主從數據源的配置

我們需要配置主從數據庫,主從數據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 數據庫連接池,使用 build 建造者模式創建 DataSource 對象,DataSource 就是代碼層面抽象出來的數據源,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();  
    }  
    /**  
     * 實例化數據源路由 
     */  
    @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: 數據源路由的配置

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 根據用戶定義的規則選擇當前的數據源，作用就是在執行查詢之前，設置使用的數據源,實現動態路由的數據源，在每次數據庫查詢操作前執行它的抽象方法 determineCurrentLookupKey() 決定使用哪個數據源。

為了能有一個全局的數據源管理器,此時我們需要引入 DataSourceContextHolder 這個數據庫上下文管理器,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據源; 

public class DataSourceRouter extends AbstractRoutingDataSource {  
    /**  
     * 最終的determineCurrentLookupKey返回的是從DataSourceContextHolder中拿到的,因此在動態切換數據源的時候注解  
     * 應該給DataSourceContextHolder設值  
     *  
     * @return  
     */  
    @Override  
    protected Object determineCurrentLookupKey() {  
        return DataSourceContextHolder.get();  
    }  
} 

三：數據源上下文環境

數據源上下文保存器,便于程序中可以隨時取到當前的數據源,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勢。這里暴露了 set 和 get、clear 方法，set 方法用于賦值當前的數據源名,get 方法用于獲取當前的數據源名稱,clear 方法用于清除 ThreadLocal 中的內容,因為 ThreadLocal 的 key 是 weakReference 是有內存泄漏風險的,通過 remove 方法防止內存泄漏； 

/**  
 * 利用ThreadLocal封裝的保存數據源上線的上下文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 當前的數據源 ② 是否清除當前的數據源,并且只能放在方法上,(不可以放在類上,也沒必要放在類上,因為我們在進行數據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據源的切換,在 dao 層進行操作數據庫的時候,可以在方法上注明表示的是當前使用哪個數據源;

@DataSourceSwitcher 注解的定義: 

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  
@Target(ElementType.METHOD)  
@Documented  
public @interface DataSourceSwitcher {  
    /**  
     * 默認數據源  
     * @return  
     */  
    DataSourceEnum value() default DataSourceEnum.MASTER;  
    /**  
     * 清除  
     * @return  
     */  
    boolean clear() default true;  
} 

DataSourceAop 配置

為了賦予@DataSourceSwitcher 注解能夠切換數據源的能力,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據源的值,設置到 DataSourceContextHolder 中,就實現了將當前方法上配置的數據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("數據源切換至：{}", 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,可以根據方法的前綴來配置 AOP 自動切換數據源,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

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上面是基本流程簡圖,本篇博客介紹了如何實現數據庫讀寫分離,注意讀寫分離的核心點就是數據路由,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,它是保存數據源上下文的主要類,也是路由方法中尋找的數據源取值,相當于數據源的中轉站.再結合 jdbc-Template 的底層去創建和管理數據源、事務等，我們的數據庫讀寫分離就完美實現了。