高性能数据库集群：读写分离
01 | 导读
1、实践中，为了设计出优秀的架构，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，在此基础上根据业务和团队情况进行优化和调整。
2、高性能数据库集群有两种方式：读写分离和分库分表
1）读写分离：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。
2）分库分表：既可以分散访问压力，又可以分散存储压力。
02 | 读写分离原理
1、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
2、读写分离的实现
1）数据库服务器搭建主从集群，一主一从，一主多从
2）主机负责读写操作，从机只负责读操作。
3）主机通过复制将数据同步到从机，每台数据库都存储了所有的业务数据。
4）读写分离实现逻辑并不复杂，但引入了设计复杂度：主从复制延迟和分配机制。
03 | 复制延迟
1、问题
1）MySQL主从复制延迟可能达到1秒，大量数据同步可能延迟1分钟，可能会出现主库写入数据，从库读取不到的问题。例如：注册。
2、解决方法1：写操作后的读操作指定发给数据库主服务器
1）该方式和业务强绑定，对业务入侵和影响较大，若新手不知道既定规则，容易出现bug。
3、解决方法2：读从机失败后再读一次主机
1）即二次读取，二次读取和业务无绑定，只需要对底层数据库访问API进行封装即可，实现代价小；
2）不足之处：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，将产生大量二次读取。
4、解决方法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。
1）例如：用户管理系统中，注册+登录的业务读写操作访问主机；
2）而用户的介绍、爱好、等级采用读写分离。
3）用户修改介绍后，查询时还是旧介绍，相对于无法登陆，用户是可以容忍的。
04 | 分配机制
1、读写分离，访问不同的数据库服务，有两种方式：程序代码封装和中间件封装。
2、程序代码封装
1）在代码中抽象一个数据访问层（“中间层封装”），实现读写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，实现读写分离。
2）程序代码封装的特点：
1. 实现简单，可以根据业务做定制化功能。
2. 每个编程语言都需要实现一次，无法通用，若业务中包含多个编程语言写的多个子系统，则重复开发量较大。
3. 故障情况下，主从切换，可能需要所有系统修改配置，并重启。
3）开源方案：淘宝的TDDL（TaoBao Distributed Data Layer）。它是一个通用的数据访问层，所有功能封装在jar包中提供给业务代码调用。
3、中间件封装
1）中间件定义
1. 中间件封装指的是独立一套系统出来，实现读写分离和数据库服务器连接的管理。
2. 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。
3. 对业务服务器来说，中间件就是一个数据库服务器。
2）数据库中间件方式的特点
1. 能支持多种编程语言，对业务服务器提供标准的SQL接口
2. 中间件要支持完整的SQL语法和数据库服务器的协议，实现比较复杂，细节特别多，很容易出bug，需要较长时间才能稳定。
3. 中间件自己不执行真正的读写操作，但是所有的数据库操作请求都要经过中间件，中间件的性能要求很高。
4. 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。（写一条数据，成功为主，失败为从）
3）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，或者使用开源数据库中间件。
4）开源方案：
1. MySQL官方推荐的MySQL Router（用于替代MySQL Proxy）。其主要功能有读写分离、故障自动切换、负载均衡、连接池等。
2. 360的开源数据库中间件Atlas，它是基于MySQL Proxy实现的。
3. mycat。
05 | 小结
1、不要一有性能问题就上读写分离，而是应该先优化，例如优化慢查询，调整不合理的业务逻辑，引入缓存等，只有确定系统没有优化空间后，才考虑读写分离或者集群。
2、适用和不适用的情况
1）适用情况：读写分离适用单机并发无法支撑并且读的请求更多的情形。
1. 在单机数据库情况下，表上加索引一般对查询有优化作用却影响写入速度，读写分离后可以单独对读库进行优化，写库上减少索引，对读写的能力都有提升，且读的提升更多一些。
2）不适用的情况：
1. 如果并发写入特别高，单机写入无法支撑，就不适合这种模式。
2. 通过缓存技术或者程序优化能够满足要求
3）使用缓存时， 按照2-8原则，选出占访问量80%的前20%的请求条件缓存，因为大部分人的查询不会每次都查询非常多条件，以手机为例，查询苹果加华为的可能占很大一部分
3、SQL走从库还是走主库，如何防止新手将大量本该走从库的SQL，走主库，造成主库压力过大。
1）默认读走从库，写走主库，特殊情况才由程序员制定，可以代码指定，可以配置指定，这样就不会出现大量sql都走主库了。
参考文献：
[1] 李运华. 从0开始学架构[M]. 极客时间, 2018.
[2]图片取自【从0开始学架构】专栏