【Spring】Spring如何實現多資料來源讀寫分離？這是我看過最詳細的一篇！！

阿新 • • 發佈：2020-08-21

寫在前面

很多小夥伴私聊我說：最近他們公司的業務涉及到多個數據源的問題，問我Spring如何實現多資料來源的問題。回答這個問題之前，首先需要弄懂什麼是多資料來源：多資料來源就是在同一個專案中，會連線兩個甚至多個數據儲存，這裡的資料儲存可以是關係型資料庫（比如：MySQL、SQL Server、Oracle），也可以非關係型資料庫，比如：HBase、MongoDB、ES等。那麼，問題來了，Spring能夠實現多資料來源嗎？並且還要實現讀者分離？答案是：必須的，這麼強大的Spring，肯定能實現啊！別急，我們就一點點剖析、解決這些問題！

背景

我們一般應用對資料庫而言都是“讀多寫少”，也就說對資料庫讀取資料的壓力比較大，有一個思路就是說採用資料庫叢集的方案，

其中一個是主庫，負責寫入資料，我們稱之為：寫庫；其它都是從庫，負責讀取資料，我們稱之為：讀庫；

那麼，對我們的要求是：

讀庫和寫庫的資料一致；
寫資料必須寫到寫庫；
讀資料必須到讀庫；

方案

解決讀寫分離的方案有兩種：應用層解決和中介軟體解決。

應用層解決

優點：

多資料來源切換方便，由程式自動完成；
不需要引入中介軟體；
理論上支援任何資料庫；

缺點：

由程式設計師完成，運維參與不到；
不能做到動態增加資料來源；

中介軟體解決

優點：

源程式不需要做任何改動就可以實現讀寫分離；
動態新增資料來源不需要重啟程式；

缺點：

程式依賴於中介軟體，會導致切換資料庫變得困難；
由中介軟體做了中轉代理，效能有所下降；

Spring方案

原理

在進入Service之前，使用AOP來做出判斷，是使用寫庫還是讀庫，判斷依據可以根據方法名判斷，比如說以query、find、get等開頭的就走讀庫，其他的走寫庫。

DynamicDataSource

import org.springframework.jdbc.datasource.lookup.AbstractRoutingDataSource;
 
/**
 * 定義動態資料來源，實現通過整合Spring提供的AbstractRoutingDataSource，只需要實現determineCurrentLookupKey方法即可
 * 由於DynamicDataSource是單例的，執行緒不安全的，所以採用ThreadLocal保證執行緒安全，由DynamicDataSourceHolder完成。
 * @author binghe
 */
public class DynamicDataSource extends AbstractRoutingDataSource{
 
    @Override
    protected Object determineCurrentLookupKey() {
        // 使用DynamicDataSourceHolder保證執行緒安全，並且得到當前執行緒中的資料來源key
        return DynamicDataSourceHolder.getDataSourceKey();
    }
 
}

DynamicDataSourceHolder

/**
 * 使用ThreadLocal技術來記錄當前執行緒中的資料來源的key
 * @author binghe
 */
public class DynamicDataSourceHolder {
    
    //寫庫對應的資料來源key
    private static final String MASTER = "master";
 
    //讀庫對應的資料來源key
    private static final String SLAVE = "slave";
    
    //使用ThreadLocal記錄當前執行緒的資料來源key
    private static final ThreadLocal<String> holder = new ThreadLocal<String>();
 
    /**
     * 設定資料來源key
     * @param key
     */
    public static void putDataSourceKey(String key) {
        holder.set(key);
    }
 
    /**
     * 獲取資料來源key
     * @return
     */
    public static String getDataSourceKey() {
        return holder.get();
    }
    
    /**
     * 標記寫庫
     */
    public static void markMaster(){
        putDataSourceKey(MASTER);
    }
    
    /**
     * 標記讀庫
     */
    public static void markSlave(){
        putDataSourceKey(SLAVE);
    }
 
}

DataSourceAspect

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.aspectj.lang.JoinPoint;
 
/**
 * 定義資料來源的AOP切面，通過該Service的方法名判斷是應該走讀庫還是寫庫
 * @author binghe
 */
public class DataSourceAspect {
 
    /**
     * 在進入Service方法之前執行
     * @param point 切面物件
     */
    public void before(JoinPoint point) {
        // 獲取到當前執行的方法名
        String methodName = point.getSignature().getName();
        if (isSlave(methodName)) {
            // 標記為讀庫
            DynamicDataSourceHolder.markSlave();
        } else {
            // 標記為寫庫
            DynamicDataSourceHolder.markMaster();
        }
    }
 
    /**
     * 判斷是否為讀庫
     * 
     * @param methodName
     * @return
     */
    private Boolean isSlave(String methodName) {
        // 方法名以query、find、get開頭的方法名走從庫
        return StringUtils.startsWithAny(methodName, "query", "find", "get");
    }
 
}

配置2個數據源

jdbc.properties

jdbc.master.driver=com.mysql.jdbc.Driver
jdbc.master.url=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/test?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/test?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&autoReconnect=true&allowMultiQueries=true
jdbc.slave01.username=root
jdbc.slave01.password=123456

定義連線池

<!-- 配置連線池 -->
<bean id="masterDataSource" class="com.jolbox.bonecp.BoneCPDataSource"
	destroy-method="close">
	<!-- 資料庫驅動 -->
	<property name="driverClass" value="${jdbc.master.driver}" />
	<!-- 相應驅動的jdbcUrl -->
	<property name="jdbcUrl" value="${jdbc.master.url}" />
	<!-- 資料庫的使用者名稱 -->
	<property name="username" value="${jdbc.master.username}" />
	<!-- 資料庫的密碼 -->
	<property name="password" value="${jdbc.master.password}" />
	<!-- 檢查資料庫連線池中空閒連線的間隔時間，單位是分，預設值：240，如果要取消則設定為0 -->
	<property name="idleConnectionTestPeriod" value="60" />
	<!-- 連線池中未使用的連結最大存活時間，單位是分，預設值：60，如果要永遠存活設定為0 -->
	<property name="idleMaxAge" value="30" />
	<!-- 每個分割槽最大的連線數 -->
	<property name="maxConnectionsPerPartition" value="150" />
	<!-- 每個分割槽最小的連線數 -->
	<property name="minConnectionsPerPartition" value="5" />
</bean>
 
<!-- 配置連線池 -->
<bean id="slave01DataSource" class="com.jolbox.bonecp.BoneCPDataSource"
	destroy-method="close">
	<!-- 資料庫驅動 -->
	<property name="driverClass" value="${jdbc.slave01.driver}" />
	<!-- 相應驅動的jdbcUrl -->
	<property name="jdbcUrl" value="${jdbc.slave01.url}" />
	<!-- 資料庫的使用者名稱 -->
	<property name="username" value="${jdbc.slave01.username}" />
	<!-- 資料庫的密碼 -->
	<property name="password" value="${jdbc.slave01.password}" />
	<!-- 檢查資料庫連線池中空閒連線的間隔時間，單位是分，預設值：240，如果要取消則設定為0 -->
	<property name="idleConnectionTestPeriod" value="60" />
	<!-- 連線池中未使用的連結最大存活時間，單位是分，預設值：60，如果要永遠存活設定為0 -->
	<property name="idleMaxAge" value="30" />
	<!-- 每個分割槽最大的連線數 -->
	<property name="maxConnectionsPerPartition" value="150" />
	<!-- 每個分割槽最小的連線數 -->
	<property name="minConnectionsPerPartition" value="5" />
</bean>

定義DataSource

<!-- 定義資料來源，使用自己實現的資料來源 -->
<bean id="dataSource" class="cn.itcast.usermanage.spring.DynamicDataSource">
	<!-- 設定多個數據源 -->
	<property name="targetDataSources">
		<map key-type="java.lang.String">
			<!-- 這個key需要和程式中的key一致 -->
			<entry key="master" value-ref="masterDataSource"/>
			<entry key="slave" value-ref="slave01DataSource"/>
		</map>
	</property>
	<!-- 設定預設的資料來源，這裡預設走寫庫 -->
	<property name="defaultTargetDataSource" ref="masterDataSource"/>
</bean>

配置事務管理以及動態切換資料來源切面

定義事務管理器

<!-- 定義事務管理器 -->
<bean id="transactionManager"
	class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">
	<property name="dataSource" ref="dataSource" />
</bean>

定義事務策略

<!-- 定義事務策略 -->
<tx:advice id="txAdvice" transaction-manager="transactionManager">
	<tx:attributes>
		<!--定義查詢方法都是隻讀的 -->
		<tx:method name="query*" read-only="true" />
		<tx:method name="find*" read-only="true" />
		<tx:method name="get*" read-only="true" />
 
		<!-- 主庫執行操作，事務傳播行為定義為預設行為 -->
		<tx:method name="save*" propagation="REQUIRED" />
		<tx:method name="update*" propagation="REQUIRED" />
		<tx:method name="delete*" propagation="REQUIRED" />
 
		<!--其他方法使用預設事務策略 -->
		<tx:method name="*" />
	</tx:attributes>
</tx:advice>

定義切面

<!-- 定義AOP切面處理器 -->
<bean class="cn.itcast.usermanage.spring.DataSourceAspect" id="dataSourceAspect" />
 
<aop:config>
	<!-- 定義切面，所有的service的所有方法 -->
	<aop:pointcut id="txPointcut" expression="execution(* xx.xxx.xxxxxxx.service.*.*(..))" />
	<!-- 應用事務策略到Service切面 -->
	<aop:advisor advice-ref="txAdvice" pointcut-ref="txPointcut"/>
	
	<!-- 將切面應用到自定義的切面處理器上，-9999保證該切面優先順序最高執行 -->
	<aop:aspect ref="dataSourceAspect" order="-9999">
		<aop:before method="before" pointcut-ref="txPointcut" />
	</aop:aspect>
</aop:config>

改進切面實現，使用事務策略規則匹配

之前的實現我們是將通過方法名匹配，而不是使用事務策略中的定義，我們使用事務管理策略中的規則匹配。

改進後的配置

<!-- 定義AOP切面處理器 -->
<bean class="cn.itcast.usermanage.spring.DataSourceAspect" id="dataSourceAspect">
	<!-- 指定事務策略 -->
	<property name="txAdvice" ref="txAdvice"/>
	<!-- 指定slave方法的字首（非必須） -->
	<property name="slaveMethodStart" value="query,find,get"/>
</bean>

改進後的實現

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;
 
/**
 * 定義資料來源的AOP切面，該類控制了使用Master還是Slave。
 * 如果事務管理中配置了事務策略，則採用配置的事務策略中的標記了ReadOnly的方法是用Slave，其它使用Master。
 * 如果沒有配置事務管理的策略，則採用方法名匹配的原則，以query、find、get開頭方法用Slave，其它用Master。
 * @author binghe
 *
 */
public class DataSourceAspect {
 
    private List<String> slaveMethodPattern = new ArrayList<String>();
    
    private static final String[] defaultSlaveMethodStart = new String[]{ "query", "find", "get" };
    
    private String[] slaveMethodStart;
 
    /**
     * 讀取事務管理中的策略
     * @param txAdvice
     * @throws Exception
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void setTxAdvice(TransactionInterceptor txAdvice) throws Exception {
        if (txAdvice == null) {
            // 沒有配置事務管理策略
            return;
        }
        //從txAdvice獲取到策略配置資訊
        TransactionAttributeSource transactionAttributeSource = txAdvice.getTransactionAttributeSource();
        if (!(transactionAttributeSource instanceof NameMatchTransactionAttributeSource)) {
            return;
        }
        //使用反射技術獲取到NameMatchTransactionAttributeSource物件中的nameMap屬性值
        NameMatchTransactionAttributeSource matchTransactionAttributeSource = (NameMatchTransactionAttributeSource) transactionAttributeSource;
        Field nameMapField = ReflectionUtils.findField(NameMatchTransactionAttributeSource.class, "nameMap");
        nameMapField.setAccessible(true); //設定該欄位可訪問
        //獲取nameMap的值
        Map<String, TransactionAttribute> map = (Map<String, TransactionAttribute>) nameMapField.get(matchTransactionAttributeSource);
 
        //遍歷nameMap
        for (Map.Entry<String, TransactionAttribute> entry : map.entrySet()) {
            if (!entry.getValue().isReadOnly()) {//判斷之後定義了ReadOnly的策略才加入到slaveMethodPattern
                continue;
            }
            slaveMethodPattern.add(entry.getKey());
        }
    }
 
    /**
     * 在進入Service方法之前執行
     * 
     * @param point 切面物件
     */
    public void before(JoinPoint point) {
        // 獲取到當前執行的方法名
        String methodName = point.getSignature().getName();
 
        boolean isSlave = false;
 
        if (slaveMethodPattern.isEmpty()) {
            // 當前Spring容器中沒有配置事務策略，採用方法名匹配方式
            isSlave = isSlave(methodName);
        } else {
            // 使用策略規則匹配
            for (String mappedName : slaveMethodPattern) {
                if (isMatch(methodName, mappedName)) {
                    isSlave = true;
                    break;
                }
            }
        }
 
        if (isSlave) {
            // 標記為讀庫
            DynamicDataSourceHolder.markSlave();
        } else {
            // 標記為寫庫
            DynamicDataSourceHolder.markMaster();
        }
    }
 
    /**
     * 判斷是否為讀庫
     * 
     * @param methodName
     * @return
     */
    private Boolean isSlave(String methodName) {
        // 方法名以query、find、get開頭的方法名走從庫
        return StringUtils.startsWithAny(methodName, getSlaveMethodStart());
    }
 
    /**
     * 萬用字元匹配
     * 
     * 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);
    }
 
    /**
     * 使用者指定slave的方法名字首
     * @param slaveMethodStart
     */
    public void setSlaveMethodStart(String[] slaveMethodStart) {
        this.slaveMethodStart = slaveMethodStart;
    }
 
    public String[] getSlaveMethodStart() {
        if(this.slaveMethodStart == null){
            // 沒有指定，使用預設
            return defaultSlaveMethodStart;
        }
        return slaveMethodStart;
    }
    
}

一主多從的實現

很多實際使用場景下都是採用“一主多從”的架構的，所有我們現在對這種架構做支援，目前只需要修改DynamicDataSource即可。

實現

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;
 
/**
 * 定義動態資料來源，實現通過整合Spring提供的AbstractRoutingDataSource，只需要實現determineCurrentLookupKey方法即可
 * 由於DynamicDataSource是單例的，執行緒不安全的，所以採用ThreadLocal保證執行緒安全，由DynamicDataSourceHolder完成。
 * @author binghe
 *
 */
public class DynamicDataSource extends AbstractRoutingDataSource {
 
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(DynamicDataSource.class);
 
    private Integer slaveCount;
 
    // 輪詢計數,初始為-1,AtomicInteger是執行緒安全的
    private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(-1);
 
    // 記錄讀庫的key
    private List<Object> slaveDataSources = new ArrayList<Object>(0);
 
    @Override
    protected Object determineCurrentLookupKey() {
        // 使用DynamicDataSourceHolder保證執行緒安全，並且得到當前執行緒中的資料來源key
        if (DynamicDataSourceHolder.isMaster()) {
            Object key = DynamicDataSourceHolder.getDataSourceKey(); 
            if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
                LOGGER.debug("當前DataSource的key為: " + key);
            }
            return key;
        }
        Object key = getSlaveKey();
        if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
            LOGGER.debug("當前DataSource的key為: " + key);
        }
        return key;
 
    }
 
    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    public void afterPropertiesSet() {
        super.afterPropertiesSet();
 
        // 由於父類的resolvedDataSources屬性是私有的子類獲取不到，需要使用反射獲取
        Field field = ReflectionUtils.findField(AbstractRoutingDataSource.class, "resolvedDataSources");
        field.setAccessible(true); // 設定可訪問
 
        try {
            Map<Object, DataSource> resolvedDataSources = (Map<Object, DataSource>) field.get(this);
            // 讀庫的資料量等於資料來源總數減去寫庫的數量
            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);
        }
    }
 
    /**
     * 輪詢演算法實現
     * 
     * @return
     */
    public Object getSlaveKey() {
        // 得到的下標為：0、1、2、3……
        Integer index = counter.incrementAndGet() % slaveCount;
        if (counter.get() > 9999) { // 以免超出Integer範圍
            counter.set(-1); // 還原
        }
        return slaveDataSources.get(index);
    }
 
}

MySQL主從複製

原理

MySQL主(master)從(slave)複製的原理：

master將資料改變記錄到二進位制日誌(binarylog)中,也即是配置檔案log-bin指定的檔案(這些記錄叫做二進位制日誌事件，binary log events)
slave將master的binary logevents拷貝到它的中繼日誌(relay log)
slave重做中繼日誌中的事件,將改變反映它自己的資料(資料重演)

主從配置需要注意的地方

主DB server和從DB server資料庫的版本一致
主DB server和從DB server資料庫資料一致[ 這裡就會可以把主的備份在從上還原，也可以直接將主的資料目錄拷貝到從的相應資料目錄]
主DB server開啟二進位制日誌,主DB server和從DB server的server_id都必須唯一

主庫配置（windows，Linux下也類似）

在my.ini修改：

#開啟主從複製，主庫的配置
log-bin = mysql3306-bin
#指定主庫serverid
server-id=101
#指定同步的資料庫，如果不指定則同步全部資料庫
binlog-do-db=mybatis_1128

執行SQL語句查詢狀態：

SHOW MASTER STATUS

需要記錄下Position值，需要在從庫中設定同步起始值。

在主庫建立同步使用者

#授權使用者slave01使用123456密碼登入mysql
grant replication slave on *.* to 'slave01'@'127.0.0.1' identified by '123456';
flush privileges;

從庫配置

在my.ini修改

#指定serverid，只要不重複即可，從庫也只有這一個配置，其他都在SQL語句中操作
server-id=102

接下來，從從庫命令列執行如下SQL語句。

CHANGE MASTER TO
 master_host='127.0.0.1',
 master_user='slave01',
 master_password='123456',
 master_port=3306,
 master_log_file='mysql3306-bin.000006',
 master_log_pos=1120;
 
#啟動slave同步
START SLAVE;
 
#檢視同步狀態
SHOW SLAVE STATUS;

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寫在最後

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