數(shù)據(jù)庫的中間件有啥用？

Part1 數(shù)據(jù)庫中間件有啥用

有一天，你去三亞玩耍，就想玩?zhèn)€沖浪，即時你不差錢，難道還要自己采買快艇、滑板等等裝備來滿足這為數(shù)不多的心血來潮么。租一個就行了嘛。這其實就是連接池的作用。

數(shù)據(jù)庫中間件可以理解為是一種具有連接池功能，但比連接池更高級的、帶很多附加功能的輔助組件，不僅可以租沖浪板，還可以提供地點推薦、上保險等等各類服務(wù)。

從網(wǎng)上的資料看，zdal應(yīng)該算是半開源的，好像是之前開源過，但后續(xù)沒有準(zhǔn)備維護(hù)，然后就刪除了，不過github被fork下來好多，隨便一搜就是一片，當(dāng)前，只是老的版本。目前螞蟻內(nèi)部的zdal好像已經(jīng)更新到zdal5了吧，那咱可就看不到了。

越復(fù)雜的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫中間件的作用越大。就拿zdal來說，它提供分庫分表，結(jié)果集合并，sql解析，數(shù)據(jù)庫failover動態(tài)切換等數(shù)據(jù)訪問層統(tǒng)一解決方案。下面就一起來看下，其內(nèi)部實現(xiàn)是怎么樣的。

Part2 架構(gòu)剖析之高屋建瓴

2.1 整體概述

如上圖所示，zdal有四個重要的組成部分：

價值體現(xiàn)--客戶端Client包。對外暴露基本操作接口，用于業(yè)務(wù)層簡單黑盒的操作數(shù)據(jù)源；業(yè)務(wù)只和client交互，動態(tài)切換/路由等邏輯只需要進(jìn)行規(guī)則配置，相關(guān)邏輯由zdal實現(xiàn)。

核心功能--連接管理datasource包。最核心的能力，提供多種類型數(shù)據(jù)庫的連接管理；不管功能多花哨，最終目的還是為了解決數(shù)據(jù)庫連接的問題。

關(guān)鍵能力--SQL解析parser包?；A(chǔ)SQL解析能力；解析sql類型、字段名稱、數(shù)據(jù)庫等等，配合規(guī)則進(jìn)行路由

擴展能力--庫表路由rule包。根據(jù)parser解析出的字段確定邏輯庫表和物理庫表。

2.2 組件圖看架構(gòu)

組件圖對整體架構(gòu)和各組件及相互聯(lián)系的理解可以起到很好的幫助。一個簡版的組件圖畫了好久，還有不少錯，不過大概是這么個意思，哎，基本功要丟~

對照上圖可以比較清晰的看到：

Client包對應(yīng)用層暴露的數(shù)據(jù)源、負(fù)責(zé)監(jiān)聽配置動態(tài)變更的監(jiān)聽組件、負(fù)責(zé)加載組織各部分的配置組件、負(fù)責(zé)加載spring bean 和庫表規(guī)則的配置組件；

Client中加載了規(guī)則組件，實現(xiàn)邏輯表和數(shù)據(jù)庫的路由規(guī)則。

Client中的庫表配置調(diào)用datasource中的數(shù)據(jù)源管理服務(wù)并構(gòu)建連接池的連接池；

Client中的SqlDispatcher服務(wù)調(diào)用SQL解析組件實現(xiàn)SQL解析。

Part3 細(xì)節(jié)剖析之一葉知秋

3.1 配置加載和bean初始化

大部分情況下，我們使用如mybatis這樣的ORM框架來進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作，其實不管是ORM還是其他方式，應(yīng)用層都需要對數(shù)據(jù)源進(jìn)行配置。

所以，client對外暴露了一個符合JDBC標(biāo)準(zhǔn)的datasource數(shù)據(jù)源，用來滿足應(yīng)用層ORM等框架配置數(shù)據(jù)源的要求--ZdalDataSource

//只提供了一個init方法，這也是spring啟動時時，必須要調(diào)用的初始化方法，所有功能，都從這里開始
public class ZdalDataSource extends AbstractZdalDataSource implements DataSource{
    public void init() {
        try {
            super.initZdalDataSource();
        } catch (Exception e) {
            CONFIG_LOGGER.error("...");
            throw new ZdalClientException(e);
        }
    }

ZdalDataSource#init()方法即為配置加載的核心入口，init中負(fù)責(zé)加載spring配置，根據(jù)配置初始化數(shù)據(jù)源，并創(chuàng)建連接池，同時，將邏輯表和物理庫的對應(yīng)關(guān)系都維護(hù)起來供后續(xù)路由調(diào)用。

/*父類的init方法*/
protected void initZdalDataSource() {
    /*用FileSystemXmlApplicationContext方式加載配置文件中的數(shù)據(jù)源和規(guī)則，轉(zhuǎn)化成zdalConfig對象*/
    this.zdalConfig = ZdalConfigurationLoader.getInstance().getZdalConfiguration(appName,dbmode, appDsName, configPath);
    this.dbConfigType = zdalConfig.getDataSourceConfigType();
   this.dbType = zdalConfig.getDbType();
   //初始化數(shù)據(jù)源
   this.initDataSources(zdalConfig);
   this.inited.set(true);
    }
}

從上面的類圖和這里的兩個入口方法大概了解到zdal配置加載的啟動流程。下面我們就來詳細(xì)看一下，讀寫分離和分庫分表的規(guī)則是怎么被加載，怎么起作用的。

3.2 細(xì)說讀寫分離

讀寫分離配置的加載

首先，我們需要有數(shù)據(jù)源的相關(guān)配置，如下圖：

此XML配置會在init方法被調(diào)用時，被初始化，解析成ZdalConfig類的屬性，ZdalConfig類的主要成員見下面代碼：

public class ZdalConfig {
    /** key=dsName;value=DataSourceParameter 所有物理數(shù)據(jù)源的配置項,比如用戶名，密碼，庫名等 */
    private Map dataSourceParameters = new ConcurrentHashMap();
    /** 邏輯數(shù)據(jù)源和物理數(shù)據(jù)源的對應(yīng)關(guān)系:key=logicDsName,value=physicDsName */
    private Map              logicPhysicsDsNames  = new ConcurrentHashMap();
    /** 數(shù)據(jù)源的讀寫規(guī)則，比如只讀，或讀寫等配置*/
    private Map              groupRules           = new ConcurrentHashMap();
    /** 異常轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)源規(guī)則*/
    private Map              failoverRules        = new ConcurrentHashMap();
    //一份完整的讀寫分離和分庫分表規(guī)則配置
    private AppRule                          appRootRule;

可以看到，xml中的規(guī)則，被解析到xxxRules里。這里以groupRules為例，failover同理。

下一步則是通過解析得到的zdalConfig 來初始化數(shù)據(jù)源：

protected final void initDataSources(ZdalConfig zdalConfig) {
    //DataSourceParameter中存的是數(shù)據(jù)源參數(shù)，如用戶名密碼，最大最小連接數(shù)等
    for (Entry entry : zdalConfig.getDataSourceParameters().entrySet()) {
        try {
           //初始化連接池
           ZDataSource zDataSource = new ZDataSource(/*設(shè)置最大最小連接數(shù)*/createDataSourceDO(entry.getValue(),zdalConfig.getDbType(), appDsName + "." + entry.getKey()));
           this.dataSourcesMap.put(entry.getKey(), zDataSource);
        } catch (Exception e) {
            //...
        }
   }
  //其他分支略，只看最簡單的分組模式
  if (dbConfigType.isGroup()) {
       //讀寫配置賦值
       this.rwDataSourcePoolConfig = zdalConfig.getGroupRules();
       //初始化多份讀庫下的負(fù)載均衡
       this.initForLoadBalance(zdalConfig.getDbType());
  }
  //注冊監(jiān)聽：為了滿足動態(tài)切換
  this.initConfigListener();
}

initForLoadBalance的方法如下：

private void initForLoadBalance(DBType dbType) {
    Map dsSelectors = this.buildRwDbSelectors(this.rwDataSourcePoolConfig);
    this.runtimeConfigHolder.set(new ZdalRuntime(dsSelectors));
    this.setDbTypeForDBSelector(dbType);
}

可以看到，首先構(gòu)建出了DB選擇器，然后賦值給了runtimeConfigHolder供運行時獲取。而構(gòu)建DB選擇器的時候，其實是按讀寫兩個維度，把所有數(shù)據(jù)源都構(gòu)建了一遍，即group_r和group_w下都包含5個數(shù)據(jù)源，只不過各自的權(quán)重不一樣：

//比如按上面的配置寫庫只有一個，但是也會包含全數(shù)據(jù)源

group_0_w_0 :< bean:read0DataSource , writeWeight:0>
group_0_w_1 :< bean:writeDataSource , writeWeight:10>
group_0_w_2 :< bean:read1DataSource , writeWeight:0>
group_0_w_3 :< bean:read2DataSource , writeWeight:0>
group_0_w_4 :< bean:read3DataSource , writeWeight:0>

//上述就是寫相關(guān)的DBSelecter的內(nèi)容。

讀寫分離怎么起作用

以delete為例，更新刪除是要操作寫庫的

 public void delete(ZdalDataSource dataSource) {
     String deleteSql = "delete from test";
     Connection conn = null;
     PreparedStatement pst = null;
     try {
        conn = dataSource.getConnection();
        pst = conn.prepareStatement(deleteSql);
        pst.execute();
     } catch (Exception e) {
            //...
     } finally {
           //資源關(guān)閉
     }
 }

getConnection會從上文中提到的runtimeConfigHolder中獲取DBSelecter，然后執(zhí)行execute方法

 public boolean execute() throws SQLException {
    SqlType sqlType = getSqlType(sql);
    // SELECT相關(guān)的就選擇group_r對應(yīng)的DBSelecter
   if (sqlType == SqlType.SELECT || sqlType == SqlType.SELECT_FOR_UPDATE|| sqlType == SqlType.SELECT_FROM_DUAL) {
     //略
    return true;
    //update/delete相關(guān)的就選擇group_w對應(yīng)的DBSelecter
  } else if (sqlType == SqlType.INSERT || sqlType == SqlType.UPDATE|| sqlType == SqlType.DELETE) {
       if (super.dbConfigType == DataSourceConfigType.GROUP) {
           executeUpdate0();
       } else {
           executeUpdate();
      }
      return false;
  } 
}

如果是讀取相關(guān)的，那就選_r的DBSelecter，如果是寫相關(guān)的，那就選_W的DBSelecter。那么executeUpdate0中是怎么執(zhí)行區(qū)分讀寫數(shù)據(jù)源的呢，其實就是把這一組的數(shù)據(jù)源根據(jù)權(quán)重篩選一遍。

// WeightRandom#select(int[], java.lang.String[])
private String select(int[] areaEnds, String[] keys) {
   //這里的areaEnds數(shù)組，是一個累加范圍值數(shù)據(jù)
   //比如三個庫權(quán)重    10   9   8
   //那么areaEnds就是  10  19  27 是對每個權(quán)重的累加，最后一個值是總和
   int sum = areaEnds[areaEnds.length - 1];
   //這樣隨機出來的數(shù)，是符合權(quán)重分布的
   int rand = random.nextInt(sum);
   for (int i = 0; i < areaEnds.length; i++) {
       if (rand < areaEnds[i]) {
           return keys[i];
   }
   return null;
}

Part4 總結(jié)

本篇文章，把阿里數(shù)據(jù)庫中間件相關(guān)的組件和加載流程進(jìn)行了總結(jié)，就一個最基本的分組讀寫分離的流程，對內(nèi)部實現(xiàn)進(jìn)行了闡述。說是解析，其實是提供給大家一種閱讀的思路，畢竟篇幅有限，如果對中間件感興趣的同學(xué)，可以fork下代碼，按上述邏輯自己閱讀下。

看源碼時，比如dubbo這些中間件其實是比較容易入手的，因為他們都依托于Spring進(jìn)行JavaBean的裝載，所有，對Spring容器暴露的那些init、load方法，就是很好的切入點。個人思路，希望對大家有所幫助。

責(zé)任編輯：lq6