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高性能架构设计-数据库(读写分离)

backend 2025/5/1 8:51:29

一、高性能数据库简介

1.高性能数据库方式

读写分离：将访问压力分散到集群中的多个节点，没有分散存储压力

分库分表：既可以分散访问压力，又可以分散存储压力

2.为啥不用表分区

如果SQL不走分区键，很容易出现全表锁；
在分区表实施关联查询，就是一个灾难；
分库分表，自己掌控业务场景与访问模式，可控；分区表，工程师写了一个SQL，自己无法确定MySQL是怎么玩的，不可控；

二、读写分离——提升数据库读性能

可以缓解订单系统、账户系统、购物车系统等等功能mysql的并发压力

读写分离的基本原理是将数据库的读写操作分散到不同的节点

1.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、或者一主多从，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。

需要注意的是，这里用的是“主从集群”，而不是“主备集群”。“从机”的“从”可以理解为“仆从”，仆从是要帮主人干活的，“从机”是需要提供读数据的功能的；而“备机”一般被认为仅仅提供备份功能，不提供访问功能。

2.读写分离引起的复杂性

(1)复制延迟

一般会把从库落后的时间作为一个重点的数据库指标做监控和报警，正常的时间是在毫秒级别，一旦落后的时间达到了秒级别就需要告警了。

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：

写操作后的读操作指定发给数据库主服务器(缓存标记法)。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。可以利用一个缓存记录必须读主的数据。当写请求发生时：

- 写主库
- 将哪个库，哪个表，哪个主键三个信息拼装一个key设置到cache里，这条记录的超时时间，设置为“主从同步时延”
- 查询时：

- - cache里有这个key，说明1s内刚发生过写请求，数据库主从同步可能还没有完成，此时就应该去主库查询
  - cache里没有这个key,说明最近没有发生过写请求，此时就可以去从库查询

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。
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。
写操作完成后，跳转到无关页面，类似订单支付的“支付完成”页面，其实这个页面没有任何有效的信息，就是告诉你支付成功，然后再放一些广告什么的。你如果想再看刚刚支付完成的订单，需要手动点一下，这样就很好地规避了主从同步延迟的问题。

(2)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。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。

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，实现读写操作分离和数据库服务器连接的管理。
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。对于业务服务器来说，访问中间件和访问数据库没有区别。中间件需要支持多种编程语言，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。