数据库读写分离这个坑，你应该踩过吧？

Posted 2022-12-01 楼下小黑哥

Hello,大家好！我是楼下小黑哥，我又来了~

今天分享一下刚入职公司第一次发布项目遇到的一个问题，一个数据库读写分离的坑。

前言

事情是这样的，刚入职的时候接到了这样的一个业务需求：

每个支付通道支付失败的时候都会返回特定的错误码，业务内部需要将通道特定的错误码转义成内部的错误码，这样对外就可以统一返回我们自己的错误码。

这个需求其实不难，当时设计的系统架构如下：

新增规则的流程简单分为三步：

1. 业务人员通过管理后台新增映射规则
2. 数据库新增、修改这条映射规则
3. 删除缓存

这里之所以增加缓存，是因为这个场景每次支付都需要使用，使用缓存可以避免每次都去数据库读取，增加读取速度。

后续支付请求业务流程如下：

当缓存内映射规则不存在的时候，将会查询数据库，然后加载到缓存中。如果缓存内映射规则已存在，将会直接使用缓存内映射规则。

这个业务流程其实比较简单，当时在测试环境测试也没问题，后续发布线上环境的却碰到奇怪的问题。

新增规则之后，一段时间内，映射规则并没有生效。查看日志发现，查询数据库的时候，没有数据。

这就很奇怪了，日志显示新增是成功，但是查询却没有数据。但是过了一段时间，再次查询却又有了数据。

走查了下代码，发现并没有什么问题，第二天上班的时候请教了一下同事，才知道问题的原因：

原来线上的数据库采用主从架构，数据读写分离，数据查询走的是从库。数据写入都是直接操作主库，后续再同步到从库。

由于数据库同步存在延时，这就导致数据同步的这段时间，主从数据将会不一致，从库无法查询到最新的数据。

如果你之前的数据库系统架构是单库或者主备结构，当你第一次转到数据读写分离架构，这个坑大概率也会踩到。

数据库系统架构发展

下面我们首先了解一下数据库系统架构，最后再来看下如何解决主从同步延时的导致数据不一致。

主备架构

业务发展的前期，数据访问量小，这时我们可以直接采用单库的架构。

不过我们一般不使用的上面的架构，因为存在单点的问题。若数据库出现故障，这段期间业务将会不可用。我们除了等待重启，其他没什么解决办法。

所以我们会增加一个备库，实时同步主库的数据。

一旦「主库」出了故障，通过人工的方式，手动的将「主机」踢下线，将「备机」改为「主机」来继续提供服务。

这种架构，部署维护简单，业务开发也无需任何改造。

不过缺点也很明显，备库只有在主库有问题的时候才会被启用，存在一定的资源浪费的情况。

主从架构

随着业务发展，请求量不断变大，数据量也不断变大，业务变得更加复杂，很快数据将会到达瓶颈。

由于大多数业务都是读多写少，所以数据库读的最容易成为系统瓶颈。

这时候我们可以提高读的性能，这时我们的可以采用的方案，增加从实例，主从同步，数据读写分离。

可以看到这个架构与主备没什么区别，主要区别在于主从架构下，从库与主库一样，时刻需要干活，主库提供写服务，从库只提供读服务。

如果后续读的压力还是太大，我们还可以增加从库的数量，水平扩充读的能力。

虽然主从架构帮我们解决读的瓶颈，但是由于主从之间需要数据同步，这天然就存在一定延时。

在这延时窗口期内，从库的读只能读到一个旧数据，这也是上面案例问题的真正的原因。

接下来我们来看下有什么办法可以优化这种情况。

主从延时解决办法

忍受大法

第一种解决办法，很简单，无他，不管他，没有读到也没事。这时业务不需要任何改造，你好，我好，她也好~

如果业务对于数据一致性要求不高，我们就可以采用这种方案。

数据同步写方案

主从数据同步方案，一般都是采用的异步方式同步给备库。

我们可以将其修改为同步方案，主从同步完成，主库上的写才能返回。

​

1. 业务系统发起写操作，数据写主库
2. 写请求需要等待主从同步完成才能返回
3. 数据读从库，主从同步完成就能读到最新数据

这种方案，我们只需要修改数据库之间同步配置即可，业务层无需修改，相对简单。

不过，由于主库写需要等待主从完成，写请求的时延将会增加，吞吐量将会降低。

这一点对于现在在线业务，可能无法接受。

选择性强制读主

对于需要强一致的场景，我们可以将其的读请求都操作主库，这样读写都在主库，就没有不一致的情况。

这种方案业务层需要改造一下，将其强制性读主，相对改造难度较低。

不过这种方案相对于浪费了另一个数据库，增加主库的压力。

中间件选择路由法

这种方案需要使用一个中间件，所有数据库操作都先发到中间件，由中间件再分发到相应的数据库。

这时流程如下：

1. 写请求，中间件将会发到主库，同时记录一下此时写请求的 key（操作表加主键等）
2. 读请求，如果此时 key 存在，将会路由到主库
3. 一定时间后（经验值），中间件认为主从同步完成，删除这个 key，后续读将会读从库

这种方案，可以保持数据读写的一致。

但是系统架构增加了一个中间件，整体复杂度变高，业务开发也变得复杂，学习成本也比较高。

缓存路由大法

这种方案与中间件的方案流程比较类似，不过改造成本相对较低，不需要增加任何中间件。

这时流程如下:

1. 写请求发往主库，同时缓存记录操作的 key，缓存的失效时间设置为主从的延时
2. 读请求首先判断缓存是否存在
   • 若存在，代表刚发生过写操作，读请求操作主库
   • 若不存在，代表近期没发生写操作，读请求操作从库

这种方案相对中间件的方案成本较低，但是呢我们此时又引入一个缓存组件，所有读写之间就又多了一步缓存操作。

总结

我们引入主从架构，数据读写分离，目的是为了解决业务快速发展,请求量变大，并发量变大，从而引发的数据库的读瓶颈。

不过当引入新一个架构解决问题时，势必会带来另外一个问题，数据库读写分离之后，主从延迟从而导致数据不一致的情况。，

为了解决主从延迟，数据不一致的情况，我们可以采用以下这几种方案：

1. 忍受大法
2. 数据库同步写方案
3. 选择性强制读主
4. 中间件选择路由法
5. 缓存路由大法

上面的方案都有各自的优点，当然也有相应的缺点，我们需要根据自己的业务情况，选择相应的解决方案。

好了，今天的文章就到此。

我是楼下小黑哥，下周见~

参考链接

1. 数据库主从不一致，怎么解？

欢迎关注我的公众号：小黑十一点半，获得日常干货推送。如果您对我的专题内容感兴趣，也可以关注我的博客：studyidea.cn