CN117149885B - 一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法，包括：步骤1：数据库主节点接收应用程序发送过来的SQL语句；步骤2：对SQL语句进行语法解析和语义分析，获得SQL语句类型以及操作的对象ID；步骤3：判断SQL语句是否为只读操作；步骤4：如果是，将SQL语句发送到从节点执行，等待接收到从节点执行结果后返回客户端；否则，直接在主节点执行SQL语句，将执行结果返回客户端；步骤5：如果不是，在主节点执行SQL语句；记录SQL语句更新的所有对象的ID；事务提交时，将本事务更新过的所有对象ID对应的LSN设置为本事务的提交LSN，供后续只读语句执行到步骤4时使用。因此主数据库可以专注于处理写操作，从而提高了写操作的性能和响应时间。

Description

一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法
技术领域
本发明涉及数据存储与查询技术领域，具体地说，涉及一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法。
背景技术
为保证用户能够7×24小时不间断的访问数据，神通数据库提供了基于日志传输复制技术的高可用集群管理系统。
采用日志传输技术的集群方案是通过在多台神通数据库服务器间进行日志传输来实现数据的高可用性，各节点之间的数据在物理上是完全独立的。正常情况下，数据库主服务器(即master)以活动服务器的身份对外提供数据访问服务， 同时数据库备份服务器(即slave)获取主服务器上的更新日志与主服务器保持数据同步。如果主服务器发生故障，同步备份服务器推选出新的主服务器并继续对外提供服务。在故障服务器被修复后，原主服务器仍可以备用服务器身份继续进行与主服务器进行日志同步工作。
随着信息技术的发展，应用系统并发访问量越来越高，单纯通过一台数据库服务器提供服务已经不能满足用户的需要，通过多台服务器进行并行，将较多的查询（一般的应用系统查询大大多于更新）压力分布到多服务器，是一种较好的解决方法。
目前已有一些数据库在高可用集群管理系统之上提供了读写分离功能，但由于备机和主机之间的数据天然存在一定的延迟（由于网络带宽、计算资源有限等原因），用户程序向主机上执行更新操作后，同时向备机发出查询语句，可能由于这一延迟，导致查询不到更新结果，会严重影响用户的使用体验。如目前常见的使用了读写分离的OA系统中，用户创建了一个审批请求后马上查询，在用户页面刷新后却看不到这一条审批请求。
神通数据库基于JDBC分发器的数据库读写分离集群实时一致性方法，解决执行更新操作存在查询不到最新结果的问题。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法，通常数据库基于JDBC分发器的数据库读写分离集群实时一致性方法是由驱动进行读写语句的分发，将写语句分发到主节点，将读语句分发到从节点；JDBC分发器在执行写语句时获取最后一次写语句的提交LSN（注：Log Sequence No.数据库日志事务号），查询时将LSN发送给从节点，由从节点判断是否达到一致状态，如果一致则执行查询，如果不一致，则进行等待或通知JDBC分发器将语句重新发送给主节点执行，解决了行更新操作存在查询不到最新结果的问题。
但是应用服务技术的发展，发现该方法存在两个问题：
应用服务器进行分布式部署时，比如应用服务器A和应用服务器B连接同一台数据库读写分离集群，如果应用A写入了新数据，应用B查询可能查不到最新的数据，因为应用B没有获取到应用A写入时的LSN。
通过最后提交事务的LSN进行判断需要等待从节点服务器整体达到一致状态，这样的判断粒度太粗，比如X表最近并没有做过修改，但其它表做了修改，在从节点查询X表时同样需要等待其它表更新达到一致状态，或者发送到主节点执行。
为解决上述问题，本发明设计了一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法；应用程序通过数据库驱动连接到数据库主节点，将所有语句直接发送到主节点；主节点根据语句类型的不同，将写语句直接在主节点数据库执行，将读语句转发给从节点数据库执行；在转发读语句到从节点数据库之前，主节点数据库会对读语句进行分析，得到读语句需要读取的数据库对象，找到这些数据库对象最后一次修改的事务提交LSN，判断从节点的redo进度是否已经到达该LSN，如果到达了，转发读语句给从节点执行并将从节点的执行结果集返回给客户端，如果没有到达，则直接在主节点执行查询语句；通过这样的设计，可以精准判断查询语句能否在从节点上查询到最新数据，将所有可以在从节点执行的SQL语句发送到从节点，不能在从节点执行的SQL语句在主节点执行，以达到在保证数据一致性的前提下，最大限度利用从节点数据库分担主节点数据库的负载，提高系统整体性能的目的。
（二）技术方案
本为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法，所采用的技术方案是:
步骤1：数据库主节点接收应用程序发送过来的SQL语句；
步骤2：数据库主节点对SQL语句进行语法解析和语义分析，获得SQL语句类型以及操作的对象ID；
步骤3：判断SQL语句是否为只读操作；
步骤4：如果是只读操作则执行如下操作：
步骤4.1：根据SQL语句读取的对象ID获取最后一次修改的事务提交LSN；
步骤4.2：判断从节点的重做LSN是否已经到达要读取的所有对象的修改事务提交LSN最大值；
步骤4.3：如果到达，将SQL语句发送到从节点执行，等待接收到从节点执行结果后返回客户端；
步骤4.4：否则，直接在主节点执行SQL语句，将执行结果返回客户端；
步骤5：如果不是只读操作则执行如下操作：
步骤5.1：在主节点执行SQL语句；
步骤5.2：记录SQL语句更新的所有对象的ID；
步骤5.3：事务提交时，将本事务更新过的所有对象ID对应的LSN设置为本事务的提交LSN ，供后续只读语句执行到步骤4.1时使用。
作为优选方案，所述语法解析是指数据库主节点会对SQL语句进行语法解析，确保语句的结构和语法是正确的；如果SQL语句存在语法错误，主节点将返回相应的错误信息。
作为优选方案，所述语义分析是指在语法解析之后，主节点会进行语义分析，以确定SQL语句的类型和操作的对象ID；主节点确定SQL语句是SELECT、INSERT、UPDATE还是DELETE语句，并提取出操作的表名或其他对象的标识符。
作为优选方案，所述操作的对象ID：主节点会根据语义分析的结果，获得SQL语句操作的对象ID；这包括表的ID、列的ID或其他数据库对象的ID。
作为优选方案，所述判断SQL语句是否为只读操作，通过分析SQL语句的类型来确定；SQL语句的执行还受到数据库用户的权限限制；即使SQL语句本身是只读操作，但如果用户没有读取数据的权限，仍然无法执行。
作为优选方案，所述根据SQL语句读取的对象ID获取最后一次修改的事务提交LSN，包括：使用数据库系统提供的API或查询系统表，根据读取的对象ID获取该对象的最后一次修改的事务提交LSN。
作为优选方案，所述判断从节点的重做LSN是否已经到达要读取的所有对象的修改事务提交LSN最大值，包括：对于SQL语句中涉及的每个读取对象，获取其最后一次修改的事务提交LSN，并计算这些LSN的最大值。
作为优选方案，所述将SQL语句发送到从节点执行，并在接收到从节点执行结果后返回客户端，包括以下步骤：
主节点发送只读SQL查询请求到负载均衡器；
所述负载均衡器根据负载均衡策略选择一个可用的从节点；
所述负载均衡器将SQL查询请求转发给所选的从节点；
从节点接收到SQL查询请求后，执行查询操作；
从节点将执行结果返回给所述负载均衡器；
所述负载均衡器将执行结果返回给主节点。
作为优选方案，所述负载均衡器包括网络设备或软件，将流量分发到多个后端服务器，实现负载均衡和高可用性。
作为优选方案，所述负载均衡器基于不同的算法来决定将请求发送到后端服务器。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法，具备以下有益效果：
1、通过将更改复制到多个从数据库，系统具有冗余性，即使主数据库发生故障，仍然可以继续提供服务。这增加了系统的可用性和容错性。通过将读操作分发到从数据库，主数据库可以专注于处理写操作，从而提高了写操作的性能和响应时间。这种读写分离可以提供更好的性能和伸缩性。
2、通过添加更多的从节点，可以水平扩展数据库系统的读能力，从而满足不断增长的读请求。这种方式可以在不影响主节点性能的情况下，通过增加从节点来扩展系统的读吞吐量。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明SQL语句执行流程结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明:
请参阅图1，为本发明整体结构示意图，其中，应用程序连接数据库驱动；应用程序通过数据库驱动程序连接到主数据库；这可以通过提供主数据库的连接字符串、用户名和密码等信息来实现。
应用程序使用数据库驱动程序提供的API来执行SQL语句。
配置数据库复制：主数据库配置为将其更改复制到多个从数据库。这可以通过数据库管理系统提供的复制功能来完成；主数据库将更改记录在事务日志中，并将其传输到从数据库。
写操作和传输日志：应用程序执行读操作时，它向主数据库发送查询请求。主数据库执行查询并返回结果给应用程序；同时，主数据库将更改记录在事务日志中，并将其传输到两个从数据库。
从数据库复制和读操作：两个从数据库接收主数据库传输的事务日志，并将其应用于自己的数据库副本，以保持与主数据库的同步。
读操作由主数据库转发，应用程序将读请求发送给主节点，主节点选择一个从数据库，将查询转发给从数据库执行，获取到执行结果后在返回给应用程序传输日志的持续更新：主数据库持续将更改记录在事务日志中，并将其传输到从数据库，以确保它们保持与主数据库的同步。
从数据库接受主数据库传输的新的事务日志，并将其应用于自己的数据库副本。
这种结构和流程可以实现应用程序通过数据库驱动连接到主数据库，并向两个从数据库进行读操作和传输。
请参阅图2，本发明：步骤1：数据库主节点接收应用程序发送过来的SQL语句；
步骤2：数据库主节点对SQL语句进行语法解析和语义分析，获得SQL语句类型以及操作的对象ID；
步骤3：判断SQL语句是否为只读操作；
步骤4：如果是只读操作则执行如下操作：
步骤4.1：根据SQL语句读取对象ID获取最后一次修改的事务提交LSN；
步骤4.2：判断从节点的重做LSN是否已经到达要读取的所有对象的修改事务提交LSN最大值；
步骤4.3：如果到达，将SQL语句发送到从节点执行，等待接收到从节点执行结果后返回客户端；
步骤4.4：否则，直接在主节点执行SQL语句，将执行结果返回客户端；
步骤5：如果不是只读操作则执行如下操作：
步骤5.1：在主节点执行SQL语句；
步骤5.2：记录SQL语句更新的所有对象的ID；
步骤5.3：事务提交时，将本事务更新过的所有对象ID对应的LSN设置为本事务的提交LSN ，供后续只读语句执行到步骤4.1时使用。
语法解析是指数据库主节点会对SQL语句进行语法解析，确保语句的结构和语法是正确的；如果SQL语句存在语法错误，主节点将返回相应的错误信息。
语义分析是指在语法解析之后，主节点会进行语义分析，以确定SQL语句的类型和操作的对象ID；主节点确定SQL语句是SELECT、INSERT、UPDATE还是DELETE语句，并提取出操作的表名或其他对象的标识符。
操作对象ID：主节点会根据语义分析的结果，获得SQL语句操作的对象ID；这包括表的ID、列的ID或其他数据库对象的ID；
判断SQL语句是否为只读操作，通过分析SQL语句的类型来确定；SQL语句的执行还受到数据库用户的权限限制；即使SQL语句本身是只读操作，但如果用户没有读取数据的权限，仍然无法执行。
需要进一步解释说明的是：以下是一些常见的SQL语句类型，用于判断是否为只读操作：SELECT语句：SELECT语句用于查询数据，通常是只读操作；如果SQL语句是SELECT语句，那么判断为只读操作；SHOW语句：SHOW语句用于显示数据库的相关信息，例如SHOWTABLES、SHOW COLUMNS等；这些语句也属于只读操作；DESCRIBE语句：DESCRIBE语句用于查看表的结构信息，例如DESCRIBE table_name；这也是只读操作；EXPLAIN语句：EXPLAIN语句用于查看查询执行计划，不会对数据进行修改，因此也是只读操作；需要注意的是，虽然大多数情况下以上语句都是只读操作，但在特定情况下，它们可能会包含一些特殊的选项或子句，导致其具有写操作的能力；因此，在判断SQL语句是否为只读操作时，还需要考虑以下因素：子句和选项：某些SQL语句可能包含写操作的子句或选项，例如INSERT INTO ...SELECT、UPDATE ... FROM、DELETE ... FROM等；这些语句虽然包含SELECT关键字，但实际上具有写操作的能力。
获取对象的修改事务提交LSN，使用数据库系统提供的API或查询系统表，根据读取的对象ID获取该对象的最后一次修改的事务提交LSN。
计算所有读取对象的修改事务提交LSN的最大值：对于SQL语句中涉及的每个读取对象，获取其最后一次修改的事务提交LSN，并计算这些LSN的最大值。
要将SQL发送到从节点执行，并在接收到从节点执行结果后返回给客户端，采用以下步骤：
主节点发送只读SQL查询请求到负载均衡器；
负载均衡器根据负载均衡策略选择一个可用的从节点；
负载均衡器将SQL查询请求转发给所选的从节点；
从节点接收到SQL查询请求后，执行查询操作；
从节点将执行结果返回给负载均衡器；
负载均衡器将执行结果返回给主节点。
需要进一步说明的是：主节点（Master）：主节点负责处理所有的写操作，包括插入、更新和删除等操作；它是数据的主要来源和权威副本；
从节点（Slaves）：从节点负责处理读操作，包括查询和读取数据等操作；从节点通过复制主节点的数据来保持与主节点的数据一致性。
负载均衡器是一种网络设备或软件，将流量分发到多个后端服务器，实现负载均衡和高可用性；负载均衡器可以基于不同的算法来决定将请求发送到后端服务器。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法，其特征在于，包括：
步骤1：数据库主节点接收应用程序发送过来的SQL语句；
步骤2：数据库主节点对SQL语句进行语法解析和语义分析，获得SQL语句类型以及操作的对象ID；
步骤3：判断SQL语句是否为只读操作；所述判断SQL语句是否为只读操作，通过分析SQL语句的类型来确定；SQL语句的执行还受到数据库用户的权限限制；即使SQL语句本身是只读操作，但如果用户没有读取数据的权限，仍然无法执行；
步骤4：如果是只读操作则执行如下操作：
步骤4.1：根据SQL语句读取的对象ID获取最后一次修改的事务提交LSN；所述根据SQL语句读取的对象ID获取最后一次修改的事务提交LSN，包括：使用数据库系统提供的API或查询系统表，根据读取的对象ID获取该对象的最后一次修改的事务提交LSN；
步骤4.2：判断从节点的重做LSN是否已经到达要读取的所有对象的修改事务提交LSN最大值；所述判断从节点的重做LSN是否已经到达要读取的所有对象的修改事务提交LSN最大值，包括：对于SQL语句中涉及的每个读取对象，获取其最后一次修改的事务提交LSN，并计算这些LSN的最大值；
步骤4.3：如果到达，将SQL语句发送到从节点执行，等待接收到从节点执行结果后返回客户端；所述将SQL语句发送到从节点执行，并在接收到从节点执行结果后返回客户端，包括以下步骤：
主节点发送只读SQL查询请求到负载均衡器；
所述负载均衡器根据负载均衡策略选择一个可用的从节点；
所述负载均衡器将SQL查询请求转发给所选的从节点；
从节点接收到SQL查询请求后，执行查询操作；
从节点将执行结果返回给所述负载均衡器；
所述负载均衡器将执行结果返回给主节点；
步骤4.4：否则，直接在主节点执行SQL语句，将执行结果返回客户端；
步骤5：如果不是只读操作则执行如下操作：
步骤5.1：在主节点执行SQL语句；
步骤5.2：记录SQL语句更新的所有对象的ID；
步骤5.3：事务提交时，将本事务更新过的所有对象ID对应的LSN设置为本事务的提交LSN，供后续只读语句执行到步骤4.1时使用。
2.根据权利要求1所述的一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法，其特征在于：所述语法解析是指数据库主节点会对SQL语句进行语法解析，确保语句的结构和语法是正确的；如果SQL语句存在语法错误，主节点将返回相应的错误信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法，其特征在于：所述语义分析是指在语法解析之后，主节点会进行语义分析，以确定SQL语句的类型和操作的对象ID；主节点确定SQL语句是SELECT、INSERT、UPDATE还是DELETE语句，并提取出操作的表名或其他对象的标识符。
4.根据权利要求1所述的一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法，其特征在于：所述操作的对象ID：主节点会根据语义分析的结果，获得SQL语句操作的对象ID；这包括表的ID、列的ID或其他数据库对象的ID。
5.根据权利要求1所述的一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法，其特征在于：所述负载均衡器包括网络设备或软件，将流量分发到多个后端服务器，实现负载均衡和高可用性。
6.根据权利要求1所述的一种基于数据库主节点转发的读写分离实现方法，其特征在于：所述负载均衡器基于不同的算法来决定将请求发送到后端服务器。
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