学习MySQL的读写分离和负载均衡技巧
MySQL是一个开源的关系型数据库管理系统，在各大应用场景中都有广泛应用。在实际生产环境当中，数据读写的速度是关键性因素之一，同时也需要考虑负载均衡策略。本文将介绍MySQL的读写分离以及负载均衡的基本概念和相关技巧。
1. 读写分离的基本概念
MySQL的读写分离是指，将读写数据的工作分别交给不同的服务器，提高读写性能。一般需要在主节点上进行写操作，在从节点上进行读操作。从而降低主节点负载，提高数据库整体读写性能。下面是读写分离的原理图：
上图中，主库是写的数据，从库是读之前写入的数据，应用程序中的查询请求交给从库来处理，将写的请求交给主库。
MySQL主从复制是指来自一个MySQL服务器（主服务器）的数据的自动复制到另一个MySQL服务器（从服务器）。在复制过程中，主服务器将更新记录写入其二进制日志文件中，从服务器连接到主服务器，从主服务器请求日志文件中的记录并将其写入自己的数据。
2. 读写分离的实现方式
2.1 基于应用层的读写分离
基于应用层的读写分离就是将读和写请求分别发送到不同的服务器上，通过应用程序逻辑控制实现的。应用程序对数据库读写的敏感程度较高，需要根据业务需求进行自定义的编写。下面是一个简单的PHP程序来实现读写分离:
```php
class UserDao {
private $read_db;
private $write_db;
public function __construct() {
$this->read_db = new PDO('mysql:host=10.127.11.20;dbname=user_read', 'user', 'password');
$this->write_db = new PDO('mysql:host=10.127.11.21;dbname=user_write', 'user', 'password');
}
public function getUserById($id) {
$stmt = $this->read_db->prepare('SELECT * FROM user WHERE id = :id');
$stmt->execute(array(':id' => $id));
return $stmt->fetch(PDO::FETCH_ASSOC);
}
public function addUser($username, $password) {
$stmt = $this->write_db->prepare('INSERT INTO user(username, password) VALUES(:username, :password)');
$stmt->execute(array(':username' => $username, ':password' => $password));
return $this->write_db->lastInsertId();
}
}
```
2.2 基于代理层的读写分离
基于代理层的读写分离是指使用中间件或代理提供服务，并对请求进行处理和转发。中间件以代理的方式存在于应用程序和数据库之间，通过代理进行读写的请求转发，增加了对数据应用的透明度。下面是常见的MySQL代理中间件：
2.2.1 MaxScale
MaxScale是MariaDB提供的一款代理中间件，它可以提供读写分离和负载均衡功能。MaxScale的架构模型如下：
MaxScale工作通过MaxAdmin进行配置，MaxAdmin是一个CLI（命令行）管理实用程序，用于管理MaxScale服务和相关的组件。操作如下（假设MaxScale已经安装并开启）:
```sh
$ maxctrl list services
+-------------+------------------+--------+---------------------+
| Service | Router Module | Active | Process name |
+-------------+------------------+--------+---------------------+
| readwrites | readwritesplit | Yes | readwritesplit-29880 |
| MyService | binlogrouter | Yes | binlogrouter-29846 |
| MySQLClient | cli | Yes | maxctrl-29803 |
+-------------+------------------+--------+---------------------+
```
上面的maxctrl命令可以查看当前服务的状况，通过MaxAdmin可以管理mysql主从复制的运行。MaxScale提供了SQLpassthrough和SQLRouting类型，前者可以直接路由普通SQL查询到所有DB Server，后者需要在router指定DB Server进行查询路由。下面是一个MaxScale的配置例子：
```
[maxscale]
threads = 1
[server1]
type = server
server = 127.0.0.1
port = 7000
protocol = MariaDBBackend
[server2]
type = server
server = 127.0.0.1
port = 7001
protocol = MariaDBBackend
[server3]
type = server
server = 192.168.1.1
port = 3306
protocol = MySQLBackend
[readwrites]
type = service
router = readwritesplit
servers = server1, server2, server3
user = readwrites
password = secret
router_options=slave_selection_criteria=latency ping_interval_check=500 max_slave_connections=100 master_failure_mode=error_next slave_failure_mode=error_next
[readwritessplit]
type = router
readwritesplit = true
slave_selection_criteria = Latency
ping_interval_check = 500
allow_slave_promotion = true
master_failure_mode = error_next
slave_failure_mode = error_next
```
上面的配置启用了3个服务器，其中2个后端服务器是MariaDB服务器，而第3个后端服务器是一个MySQL服务器。在此配置中同时启用了读写分离和负载均衡。
2.2.2 ProxySQL
ProxySQL是一个功能丰富的高性能代理，它的丰富特性使得它成为企业级因特网应用程序中的代理服务器的选择。ProxySQL是一个非常容易配置和使用的代理，它可以轻松地与MySQL服务器集成。ProxySQL的工作模式大致如下：
上图中，ProxySQL作为代理层对前端MySQL进行负载均衡和读写分离，后端MySQL是实际进行I/O操作的服务器。
ProxySQL的特性如下：
1. 数据库连接池和事务支持 – 能够实现高并发和处理事务操作。
2. 健康检查 – 能够检查节点和负载均衡。
3. 查询缓存 – 能够利用缓存加速查询，并提供实时性更新。
4. 内置监控 – 可以监控工作线程、重试和连接数等。
下面是一个基于ProxySQL的读写分离的操作实例：
```sql
INSERT INTO mysql_servers(hostgroup_id,hostname,port)
VALUES
(1,'192.168.10.10',3306),
(1,'192.168.10.20',3306);
INSERT INTO mysql_users(username,password,default_hostgroup)
VALUES ('username_01', 'password_01', 1),
('username_02', 'password_02', 1);
INSERT INTO mysql_query_rules(rule_id,active,match_digest,destination_hostgroup,apply)
VALUES
(1,1,'^SELECT','1',1),
(2,1,'^SELECT','2',1),
(3,1,'^SELECT.*FOR UPDATE','1',1),
(4,1,'^SELECT.*FOR UPDATE','2',1),
(5,1,'^.*','1',1),
(6,1,'^.*','2',1);
INSERT INTO mysql_servers(hostgroup_id,hostname,port,weight)
VALUES (5,'192.168.10.30',3306,1);
INSERT INTO mysql_replication_hostgroups (writer_hostgroup,reader_hostgroup,comment)
VALUES (10, 11, "Primary Server"),
(11, 10, "Replication Slave");
```
3. 负载均衡的概念
负载均衡是指利用某种策略将服务请求分配到多台服务器上，缓解单台服务器压力，提高服务的可用性、性能和可扩展性。负载均衡可以实现在物理服务器或虚拟服务器上进行，下面是负载均衡的原理图：
下面是实现负载均衡的常用策略：
3.1 轮询策略
它是最简单的负载均衡算法，将服务请求均匀地分配到每台服务器上。轮询方法具有公平性，但是如果某一服务器请求的处理速度较慢，就会导致访问堆积。下面是轮询策略的工作流程：
对于这种算法，需要对每个节点的“状态”做监控，如果状态发生了变化，我们就需要更新到轮询列表中。比如，假设我们现在有3个节点，我们开启状态管理：
```sql
INSERT INTO mysql_servers(hostgroup_id,hostname,port,status)
VALUES (0,'192.168.10.10',3306,'ONLINE'),
(0,'192.168.10.20',3306,'ONLINE'),
(0,'192.168.10.30',3306,'ONLINE');
```
3.2 IP hash策略
IP hash策略就是将用户请求的IP地址进行哈希计算，然后将请求分配到被计算出的服务器上。这种方法保证了相同的请求分配到相同的服务器上，可以保持状态的连续性。下面是IP hash策略的工作流程：
但是，如果某一台服务器宕机了，那么它前面的所有请求都会无法处理，造成了服务中断的影响。
3.3 最少连接数策略
最少连接数策略是指选择一个连接到服务器上的连接数最少的服务器。如果某个服务器的连接数比其他服务器低，那么请求将被转向该服务器。这种方法适用于处理时间相对较长的请求，比如下载、多用户请求等情况。下面是最少连接数策略的工作流程：
上述策略有一定的可借鉴性，实际应用时应根据业务场景适当的进行优化和选择。
4. 总结
本文详细介绍了MySQL的读写分离和负载均衡的概念及其实现技巧。开发者可以结合相关场景和实际需求，选择适合自己的Read/Write Splitting和负载均衡的方式来提高MySQL的读写性能和可扩展性。