数据库（四）MySQL读写分离原理和实现

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前言

在现代互联网应用中，数据库往往是最核心同时也是最容易成为性能瓶颈的组件。面对海量数据和高并发访问，单台数据库服务器常常力不从心。MySQL 主从复制与读写分离技术，是解决这一问题的经典架构方案。它通过将数据库的写操作和读操作分散到不同的服务器上，极大地提升了数据库集群的吞吐能力和可用性。而 MyCat，作为一款流行的开源数据库中间件，能够以对应用透明的方式轻松实现这一架构，无需修改业务代码。本文将详细介绍如何使用 MyCat 来配置和管理 MySQL 主从读写分离环境。

一、MySQL 读写分离概述

1.1 工作原理

MySQL 读写分离的核心思想是将数据库操作按类型分发：

• 主库 (Master)：专门负责处理写操作（INSERT、UPDATE、DELETE）。
• 从库 (Slave)：专门负责处理读操作（SELECT）。
• 主从之间的数据一致性通过 MySQL 主从复制 (Replication) 机制来保证。
• 其内部数据同步流程为：主库上的写操作会被记录到二进制日志 (Binary Log) 中，从库通过读取和重放这些日志来保持与主库的数据同步。

1.2 为什么要读写分离

采用读写分离架构主要带来以下优势：

1. 分担负载：突破单台服务器的性能瓶颈，将压力分散到多个节点。
2. 缓解锁争用：写操作会施加排他锁（X锁），阻塞读操作。读写分离后，读操作在从库进行，避免了与主库写操作的锁竞争。
3. 提升查询性能：从库可以选用不同的存储引擎（如 MyISAM），在特定场景下可能获得比 InnoDB 更好的查询性能。
4. 提高可用性：增加了数据冗余，当主库出现故障时，可以从库可以快速切换，保证服务不中断。

1.3 实现方式

实现读写分离主要有两种方式：

1.3.1 应用程序层实现

• 优点：部署简单，对于访问压力中等的系统，性能表现良好。
• 缺点：将数据库路由逻辑与业务代码耦合，难以维护，且难以支持高级功能（如分库分表、故障自动转移），不适用于大型复杂系统。

1.3.2 中间件层实现

• 优点：
  • 架构灵活：对应用程序透明，应用像连接单一数据库一样连接中间件。
  • 功能强大：可以透明地实现分库分表、故障转移（Failover）、监控等高级功能。
• 常用中间件：
  • Cobar：阿里巴巴开源的分布式数据库中间件，目前已停止更新。
  • MyCat：基于 Cobar 二次开发，社区活跃，是国内非常流行的开源中间件。
  • OneProxy：商业收费的中间件，以高并发下的稳定性著称。
  • Vitess：YouTube 开发并使用，架构复杂，功能强大。
  • 其他：Kingshard、Atlas、MaxScale、MySQL Router 等。

二、什么是 MyCat

MyCat 是一个开源的、面向企业应用开发的数据库中间件。它可以被看作是一个模拟 MySQL 协议的数据库代理服务器，前端应用程序可以像连接 MySQL 一样连接它，而后端它可以管理一个真正的数据库集群。

其主要特点包括：

• 支持 MySQL 协议，应用程序几乎无需改动。
• 支持事务和 ACID 属性。
• 可以作为 MySQL 集群或 Oracle 集群的廉价替代方案。
• 不仅支持关系型数据库，还融合了内存缓存、NoSQL 以及 HDFS 大数据技术。
• 核心功能是实现数据库的读写分离和分库分表。

三、MyCat 安装与配置

3.1 下载与解压

首先从官方渠道下载 MyCat 的发布版本。

# 下载 MyCat (请替换为最新版本的下载链接)
wget https://github.com/MyCATApache/Mycat-download/releases/download/1.6-RELEASE/Mycat-server-1.6-RELEASE-20161028204710-linux.tar.gz# 解压到 /usr/local/ 目录
tar -xf Mycat-server-1.6-RELEASE-20161028204710-linux.tar.gz -C /usr/local/
cd /usr/local/mycat

3.2 创建用户并修改权限

为安全起见，建议创建一个专门的系统用户来运行 MyCat。

useradd mycat
passwd mycat # 为 mycat 用户设置密码
chown -R mycat.mycat /usr/local/mycat # 将 mycat 目录的属主改为 mycat 用户

3.3 目录说明

了解 MyCat 的主要目录结构：

• bin/：存放可执行文件和启动/停止的 Shell 脚本（如 mycat start, mycat stop）。
• conf/：核心配置目录。
  • server.xml：配置 MyCat 服务器参数、用户及权限。
  • schema.xml：配置逻辑库、逻辑表、数据节点以及数据源（读写分离、分片规则）。
  • rule.xml：配置分片规则。
• lib/：存放 MyCat 运行所需的 Java JAR 包。
• logs/：存放日志文件，运行日志和 SQL 日志对排错非常重要。

3.4 Java 环境要求

MyCat 基于 Java 开发，需要预先安装 JDK（1.7 及以上版本）。

# 安装 JDK 示例
tar xf jdk-8u91-linux-x64.tar.gz -C /usr/java/# 配置环境变量
vim /etc/profile.d/java.sh
# 添加以下内容
export JAVA_HOME=/usr/java/jdk1.8.0_91
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH
export CLASSPATH=$JAVA_HOME/jre/lib/ext:$JAVA_HOME/lib/tools.jar# 使环境变量生效  
source /etc/profile.d/java.sh
java -version # 验证安装

四、MyCat 启动与配置

4.1 配置环境变量

为了方便操作，可以配置 MyCat 的环境变量。

vim /etc/profile.d/mycat.sh
# 添加以下内容
export MYCAT_HOME=/usr/local/mycat
export PATH=$MYCAT_HOME/bin:$PATHsource /etc/profile.d/mycat.sh

4.2 配置 Hosts

如果使用主机名进行配置，需要在所有集群节点的 /etc/hosts 文件中配置 IP 与主机名的映射关系。

192.168.10.16 master
192.168.10.14 slave1
192.168.10.15 slave2

4.3 配置 MyCat

4.3.1 配置 server.xml

此文件用于定义连接到 MyCat 的用户及其权限。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE mycat:server SYSTEM "server.dtd">
<mycat:server xmlns:mycat="http://io.mycat/"><system>...</system> <!-- 系统配置属性，可保持默认 --><!-- 定义一个用户，用户名 mycat，密码 123456 --><user name="mycat"><property name="password">123456</property><property name="schemas">HelloDear</property> <!-- 该用户可访问的逻辑库名 --></user><!-- 定义一个只读用户 --><user name="user"><property name="password">user</property><property name="schemas">HelloDear</property><property name="readOnly">true</property> <!-- 只读属性 --></user>
</mycat:server>

4.3.2 配置 schema.xml

这是最核心的配置文件，定义了逻辑库、表、数据节点以及数据源（读写分离策略）。

首先备份原始文件：

mv /usr/local/mycat/conf/schema.xml /usr/local/mycat/conf/schema.xml.bak

然后创建新的 schema.xml：

<?xml version="1.0"?>
<!DOCTYPE mycat:schema SYSTEM "schema.dtd">
<mycat:schema xmlns:mycat="http://io.mycat/"><!-- 定义逻辑库 schema --><schema name="ha" checkSQLschema="false" sqlMaxLimit="100" dataNode="dn1"></schema><!-- 定义数据节点 --><dataNode name="dn1" dataHost="dthost" database="ha"/><!-- 定义数据主机组 --><dataHost name="dthost" maxCon="500" minCon="10" balance="1"writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="native"switchType="-1" slaveThreshold="100"><!-- 心跳检测语句 --><heartbeat>select user()</heartbeat><!-- 写节点（主库）配置 --><writeHost host="master" url="192.168.10.16:3306" user="mycat" password="123456"><!-- 读节点（从库）配置，内嵌在 writeHost 中 --><readHost host="slave1" url="192.168.10.14:3306" user="mycat" password="123456"/><readHost host="slave2" url="192.168.10.15:3306" user="mycat" password="123456"/></writeHost></dataHost>
</mycat:schema>

关键参数详解：

• balance 负载均衡策略：

  • 0：不开启读写分离，所有读请求都发往 writeHost。
  • 1：所有 readHost 和备用的 writeHost 都参与读操作的负载均衡。这是最常用的模式。
  • 2：所有读操作随机在所有 writeHost 和 readHost 上分发。
  • 3：所有读操作随机分发到 writeHost 对应的 readHost 上执行。

• writeType 写节点策略：

  • 0：所有写操作发送到配置的第一个 writeHost，第一个宕机后自动切换到第二个。推荐使用。

• switchType 切换策略：

  • -1：不自动切换。
  • 1：自动切换。
  • 2：基于 MySQL 主从同步状态决定是否切换。

4.4 启动 MyCat

使用 mycat 脚本来启动服务。

cd /usr/local/mycat/bin
./mycat start   # 启动
./mycat status  # 查看状态
./mycat stop    # 停止# 查看启动日志，这是排查问题的第一步
tail -f /usr/local/mycat/logs/wrapper.log

五、配置 MySQL 主从复制

MyCat 本身不负责数据同步，它依赖于后端 MySQL 自身的主从复制功能。

5.1 主库 (Master) 配置

1. 修改配置文件 /etc/my.cnf：

   [mysqld]
   server-id=1               # 唯一服务器ID
   log-bin=master-bin  # 开启二进制日志
   binlog-do-db=ha           # 指定要复制的数据库
   binlog-ignore-db=mysql    # 忽略系统库
   

2. 重启 MySQL 并创建账户：

   CREATE DATABASE ha;
   CREATE USER 'mycat'@'%' IDENTIFIED BY '123456';
   GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'mycat'@'%';
   FLUSH PRIVILEGES;
   

5.2 从库 (Slave) 配置

1. 修改配置文件 /etc/my.cnf：

   [mysqld]
   server-id=2 # 每个从库的 server-id 必须唯一
   

2. 配置主从复制链路：

   CHANGE MASTER TO
   MASTER_HOST='192.168.10.124',
   MASTER_USER='mycat',
   MASTER_PASSWORD='123456',
   MASTER_LOG_FILE='mysql-bin-master.000001', -- 需根据主库show master status的结果修改
   MASTER_LOG_POS=603;                       -- 需根据主库show master status的结果修改START SLAVE;
   

3. 检查从库状态：

   SHOW SLAVE STATUS\G
   

   确保 Slave_IO_Running 和 Slave_SQL_Running 两项均为 Yes。

六、测试读写分离

配置完成后，可以通过 MyCat 连接数据库并进行测试。

#先安装数据库
yum install -y mariadb-server mariadb
systemctl start mariadb.service
#在客户端服务器上测试
mysql -u mycat -p123456 -h 192.168.10.123 -P8066		
#通过mycat服务器代理访问mysql ，在通过客户端连接mysql后写入的数据只有主服务会记录，然后同步给从--从服务器

#在主服务器上：
use HelloDear;
create table test (id int(10),name varchar(10),address varchar(20));#在两台从服务器上：
stop slave;											#关闭同步
use db_test;
#在slave1上：
insert into test values('1','zhangsan','this_is_slave1');

#在slave2上：
insert into test values('2','lisi','this_is_slave2');

#在主服务器上：
insert into test values('3','wangwu','this_is_master');

#在客户端服务器上：
use HelloDear;
select * from test;		#客户端会分别向slave1和slave2读取数据，显示的只有在两个从服务器上添加的数据，没有在主服务器上添加的数据#在两个从服务器上执行 start slave; 即可实现同步在主服务器上添加的数据
start slave;

总结

通过本文的步骤，我们成功地使用 MyCat 搭建了一套 MySQL 主从读写分离架构。我们来回顾一下核心要点：

1. 解耦与透明化：MyCat 作为中间件，完美地解耦了应用程序和底层数据库集群。应用程序无需关心数据是如何路由的，就像操作单机数据库一样简单。
2. 核心配置：成功的关键在于正确配置 schema.xml 文件，特别是 dataHost 中的 balance（读负载策略）、writeType（写节点策略）参数，以及正确填写后端数据库的连接信息。
3. 依赖基础：MyCat 的读写分离功能强烈依赖于 MySQL 自身的主从复制数据同步机制。必须首先确保主从复制配置正确且运行正常。
4. 性能与高可用：此架构不仅提升了数据库的读性能，通过配置多个从库实现了负载均衡，还通过主从冗余提高了系统的整体可用性。

这种“MySQL主从 + MyCat读写分离”的架构，是应对中等规模数据库压力非常有效且成熟的方案，非常适合互联网初创公司和发展中的项目。