14 - 架构设计 - 数据库之读写分离

架构设计模式

前面的系列文章中从各个方面阐述了架构设计相关的理论和流程,包括架构设计起源、架构设计的目的、常见架构复杂度分析、架构设计原则、架构设计流程等,掌握这些知识是做好架构设计的基础

在具体的实践过程中,为了更快、更好地设计出优秀的架构,除了掌握这些基础知识外,还需要掌握业界已经成熟的各种架构模式

接下来的文章会分几期来介绍高性能数据库集群:

  • 第一种方式是“读写分离”,其本质是将访问压力分散到集群中的多个节点,但是没有分散存储压力
  • 第二种方式是“分库分表”,既可以分散访问压力,又可以分散存储压力
  • 本文针对读写分离做相关讲解

读写分离原理

  • 读写分离的基本原理是将数据库读写操作分散到不同的节点上,下面是其基本架构图
读写分离架构图
  • 读写分离的基本实现:
    • 数据库服务器搭建主从集群,一主一从、一主多从都可以
    • 数据库主机负责读写操作,从机只负责读操作
    • 数据库主机通过复制将数据同步到从机,每台数据库服务器都存储了所有的业务数据
    • 业务服务器将写操作发给数据库主机,将读操作发给数据库从机
  • 读写分离的实现逻辑并不复杂,但有两个细节点将引入设计复杂度:主从复制延迟和分配机制

复制延迟

  • 以 MySQL 为例,主从复制延迟可能达到 1 秒,如果有大量数据同步,延迟 1 分钟也是有可能的
  • 主从复制延迟会带来一个问题:如果业务服务器将数据写入到数据库主服务器后立刻(1 秒内)进行读取,此时读操作访问的是从机,主机还没有将数据复制过来,到从机读取数据是读不到最新数据的,业务上就可能出现问题
  • 解决主从复制延迟有几种常见的方法:
  1. 写操作后的读操作指定发给数据库主服务器
    • 例如,注册账号完成后,登录时读取账号的读操作也发给数据库主服务器
    • 这种方式和业务强绑定,对业务的侵入和影响较大,如果哪个新来的程序员不知道这样写代码,就会导致一个 bug
  2. 读从机失败后再读一次主机
    • 这就是通常所说的“二次读取”,二次读取和业务无绑定,只需要对底层数据库访问的 API 进行封装即可,实现代价较小,不足之处在于如果有很多二次读取,将大大增加主机的读操作压力
    • 例如,黑客暴力破解账号,会导致大量的二次读取操作,主机可能顶不住读操作的压力从而崩溃
  3. 关键业务读写操作全部指向主机,非关键业务采用读写分离
    • 例如,对于一个用户管理系统来说,注册 + 登录的业务读写操作全部访问主机,用户的介绍、爱好、等级等业务,可以采用读写分离,因为即使用户改了自己的自我介绍,在查询时却看到了自我介绍还是旧的,业务影响与不能登录相比就小很多,还可以忍受

分配机制

  • 将读写操作区分开来,然后访问不同的数据库服务器,一般有两种方式:程序代码封装和中间件封装
  1. 程序代码封装
  • 程序代码封装指在代码中抽象一个数据访问层(所以有的文章也称这种方式为“中间层封装”),实现读写操作分离和数据库服务器连接的管理
  • 例如,基于 Hibernate 进行简单封装,就可以实现读写分离,基本架构是:
程序代码封装架构
  • 程序代码封装的方式具备几个特点:

    • 实现简单,而且可以根据业务做较多定制化的功能
    • 每个编程语言都需要自己实现一次,无法通用,如果一个业务包含多个编程语言写的多个子系统,则重复开发的工作量比较大
    • 故障情况下,如果主从发生切换,则可能需要所有系统都修改配置并重启
    • 目前开源的实现方案中,淘宝的 TDDL(Taobao Distributed Data Layer,外号: 头都大了)是比较有名的,其基本原理是一个基于集中式配置的 jdbc datasource 实现,具有主备、读写分离、动态数据库配置等功能,基本架构是:
    TDDL架构图
  1. 中间件封装
  • 中间件封装指的是独立一套系统出来,实现读写操作分离和数据库服务器连接的管理
  • 中间件对业务服务器提供 SQL 兼容的协议,业务服务器无须自己进行读写分离
  • 对于业务服务器来说,访问中间件和访问数据库没有区别,事实上在业务服务器看来,中间件就是一个数据库服务器。其基本架构是:
中间件封装基本架构
  • 数据库中间件的方式具备的特点是:

    • 能够支持多种编程语言,因为数据库中间件对业务服务器提供的是标准 SQL 接口
    • 数据库中间件要支持完整的 SQL 语法和数据库服务器的协议(例如,MySQL 客户端和服务器的连接协议),实现比较复杂,细节特别多,很容易出现 bug,需要较长的时间才能稳定
    • 数据库中间件自己不执行真正的读写操作,但所有的数据库操作请求都要经过中间件,中间件的性能要求也很高
    • 数据库主从切换对业务服务器无感知,数据库中间件可以探测数据库服务器的主从状态。例如,向某个测试表写入一条数据,成功的就是主机,失败的就是从机
  • 由于数据库中间件的复杂度要比程序代码封装高出一个数量级,一般情况下建议采用程序语言封装的方式,或者使用成熟的开源数据库中间件

    • 如果是大公司,可以投入人力去实现数据库中间件,因为这个系统一旦做好,接入的业务系统越多,节省的程序开发投入就越多,价值也越大
    • 目前的开源数据库中间件方案中,MySQL 官方先是提供了 MySQL Proxy,但 MySQL Proxy 一直没有正式 GA,现在 MySQL 官方推荐 MySQL Router
    • MySQL Router 的主要功能有读写分离、故障自动切换、负载均衡、连接池等,其基本架构如下:
    MySQL Router架构图
  • 奇虎 360 公司也开源了自己的数据库中间件 Atlas,Atlas 是基于 MySQL Proxy 实现的

Atlas 是一个位于应用程序与 MySQL 之间中间件。在后端 DB 看来,Atlas 相当于连接它的客户端,在前端应用看来,Atlas 相当于一个 DB。Atlas 作为服务端与应用程序通信,它实现了 MySQL 的客户端和服务端协议,同时作为客户端与 MySQL 通信。它对应用程序屏蔽了 DB 的细节,同时为了降低 MySQL 负担,它还维护了连接池

小结

本文讲了读写分离方式的原理,以及两个设计复杂度:复制延迟和分配机制,希望对你有所帮助

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 201,681评论 5 474
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 84,710评论 2 377
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 148,623评论 0 334
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,202评论 1 272
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,232评论 5 363
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,368评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,795评论 3 393
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,461评论 0 256
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,647评论 1 295
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,476评论 2 317
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,525评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,226评论 3 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,785评论 3 303
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,857评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,090评论 1 258
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,647评论 2 348
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,215评论 2 341

推荐阅读更多精彩内容