分布式高可用架构总结(三)

目录
1 消息队列
2 缓存
3 分布式系统
4 Dubbo
5 数据库

参考:
· 中华石杉视频

4 Dubbo

4.1 说一下的dubbo的工作原理?注册中心挂了可以继续通信吗

(1)dubbo工作原理

第一层:service层,接口层,给服务提供者和消费者来实现的

第二层:config层,配置层,主要是对dubbo进行各种配置的

第三层:proxy层,服务代理层,透明生成客户端的stub和服务单的skeleton

第四层:registry层,服务注册层,负责服务的注册与发现

第五层:cluster层,集群层,封装多个服务提供者的路由以及负载均衡,将多个实例组合成一个服务

第六层:monitor层,监控层,对rpc接口的调用次数和调用时间进行监控

第七层:protocol层,远程调用层,封装rpc调用

第八层:exchange层,信息交换层,封装请求响应模式,同步转异步

第九层:transport层,网络传输层,抽象mina和netty为统一接口

第十层:serialize层,数据序列化层

image.gif

工作流程

1)第一步,provider向注册中心去注册

2)第二步,consumer从注册中心订阅服务,注册中心会通知consumer注册好的服务

3)第三步,consumer调用provider

4)第四步,consumer和provider都异步的通知监控中心

(2)注册中心挂了可以继续通信吗?

可以,因为刚开始初始化的时候,消费者会将提供者的地址等信息拉取到本地缓存,所以注册中心挂了可以继续通信

4.2 dubbo支持哪些通信协议?支持哪些序列化协议?

4.2.1 dubbo支持不同的通信协议

1. dubbo协议

dubbo://192.168.0.1:20188

默认就是走dubbo协议的,单一长连接,NIO异步通信,基于hessian作为序列化协议

image.gif

适用的场景就是:传输数据量很小(每次请求在100kb以内),但是并发量很高

为了要支持高并发场景,一般是服务提供者就几台机器,但是服务消费者有上百台,可能每天调用量达到上亿次!此时用长连接是最合适的,就是跟每个服务消费者维持一个长连接就可以,可能总共就100个连接。然后后面直接基于长连接NIO异步通信,可以支撑高并发请求。

否则如果上亿次请求每次都是短连接的话,服务提供者会扛不住。

而且因为走的是单一长连接,所以传输数据量太大的话,会导致并发能力降低。所以一般建议是传输数据量很小,支撑高并发访问。

2. rmi协议

走java二进制序列化,多个短连接,适合消费者和提供者数量差不多,适用于文件的传输,一般较少用

3. hessian协议

走hessian序列化协议,多个短连接,适用于提供者数量比消费者数量还多,适用于文件的传输,一般较少用

4. http协议

走json序列化

5. webservice

走SOAP文本序列化

4.2.2 dubbo支持的序列化协议

所以dubbo实际基于不同的通信协议,支持hessian、java二进制序列化、json、SOAP文本序列化多种序列化协议。但是hessian是其默认的序列化协议。

4.3 dubbo负载均衡策略和集群容错策略都有哪些?动态代理策略呢?

4.3.1 dubbo负载均衡策略

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1)random loadbalance

默认情况下,dubbo是random load balance随机调用实现负载均衡,可以对provider不同实例设置不同的权重,会按照权重来负载均衡,权重越大分配流量越高,一般就用这个默认的就可以了。

2)roundrobin loadbalance

还有roundrobin loadbalance,这个的话默认就是均匀地将流量打到各个机器上去,但是如果各个机器的性能不一样,容易导致性能差的机器负载过高。所以此时需要调整权重,让性能差的机器承载权重小一些,流量少一些。

跟运维同学申请机器,有的时候,我们运气,正好公司资源比较充足,刚刚有一批热气腾腾,刚刚做好的一批虚拟机新鲜出炉,配置都比较高。8核+16g,机器,2台。过了一段时间,我感觉2台机器有点不太够,我去找运维同学,哥儿们,你能不能再给我1台机器,4核+8G的机器。我还是得要。

3)leastactive loadbalance

这个就是自动感知一下,如果某个机器性能越差,那么接收的请求越少,越不活跃,此时就会给不活跃的性能差的机器更少的请求

4)consistanthash loadbalance

一致性Hash算法,相同参数的请求一定分发到一个provider上去,provider挂掉的时候,会基于虚拟节点均匀分配剩余的流量,抖动不会太大。如果你需要的不是随机负载均衡,是要一类请求都到一个节点,那就走这个一致性hash策略。

4.3.2 dubbo集群容错策略

1)failover cluster模式

失败自动切换,自动重试其他机器,默认就是这个,常见于读操作

2)failfast cluster模式

一次调用失败就立即失败,常见于写操作

3)failsafe cluster模式

出现异常时忽略掉,常用于不重要的接口调用,比如记录日志

4)failbackc cluster模式

失败了后台自动记录请求,然后定时重发,比较适合于写消息队列这种

5)forking cluster

并行调用多个provider,只要一个成功就立即返回

6)broadcacst cluster

逐个调用所有的provider

4.3.3 dubbo动态代理策略

默认使用javassist动态字节码生成,创建代理类

但是可以通过spi扩展机制配置自己的动态代理策略

4.4 dubbo的spi思想是什么?

spi,简单来说,就是service provider interface,说白了是什么意思呢,比如你有个接口,现在这个接口有3个实现类,那么在系统运行的时候对这个接口到底选择哪个实现类呢?这就需要spi了,需要根据指定的配置或者是默认的配置,去找到对应的实现类加载进来,然后用这个实现类的实例对象。


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4.4.1 Java的SPI

接口A -> 实现A1,实现A2,实现A3

配置一下,接口A = 实现A2

在系统实际运行的时候,会加载你的配置,用实现A2实例化一个对象来提供服务

比如说你要通过jar包的方式给某个接口提供实现,然后你就在自己jar包的META-INF/services/目录下放一个跟接口同名的文件,里面指定接口的实现里是自己这个jar包里的某个类。ok了,别人用了一个接口,然后用了你的jar包,就会在运行的时候通过你的jar包的那个文件找到这个接口该用哪个实现类。

这是jdk提供的一个功能。

比如说你有个工程A,有个接口A,接口A在工程A里是没有实现类的 -> 系统在运行的时候,怎么给接口A选择一个实现类呢?
你就可以自己搞一个jar包,META-INF/services/,放上一个文件,文件名就是接口名,接口A,接口A的实现类=com.zhss.service.实现类A2。让工程A来依赖你的这个jar包,然后呢在系统运行的时候,工程A跑起来,对接口A,就会扫描自己依赖的所有的jar包,在每个jar里找找,有没有META-INF/services文件夹,如果有,在里面找找,有没有接口A这个名字的文件,如果有在里面找一下你指定的接口A的实现是你的jar包里的哪个类?

SPI机制,一般来说用在哪儿?插件扩展的场景,比如说你开发的是一个给别人使用的开源框架,如果你想让别人自己写个插件,插到你的开源框架里面来,扩展某个功能。

经典的思想体现,大家平时都在用,比如说jdbc

java定义了一套jdbc的接口,但是java是没有提供jdbc的实现类

但是实际上项目跑的时候,要使用jdbc接口的哪些实现类呢?一般来说,我们要根据自己使用的数据库,比如msyql,你就将mysql-jdbc-connector.jar,引入进来;oracle,你就将oracle-jdbc-connector.jar,引入进来。

在系统跑的时候,碰到你使用jdbc的接口,他会在底层使用你引入的那个jar中中提供的实现类

4.4.2 Dubbo的SPI

dubbo也用了spi思想,不过没有用jdk的spi机制,是自己实现的一套spi机制。

Protocol protocol = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Protocol.class).getAdaptiveExtension();

Protocol接口,dubbo要判断一下,在系统运行的时候,应该选用这个Protocol接口的哪个实现类来实例化对象来使用呢?

他会去找一个你配置的Protocol,他就会将你配置的Protocol实现类,加载到jvm中来,然后实例化对象,就用你的那个Protocol实现类就可以了

微内核,可插拔,大量的组件,Protocol负责rpc调用的东西,你可以实现自己的rpc调用组件,实现Protocol接口,给自己的一个实现类即可。

这行代码就是dubbo里大量使用的,就是对很多组件,都是保留一个接口和多个实现,然后在系统运行的时候动态根据配置去找到对应的实现类。如果你没配置,那就走默认的实现好了,没问题。

@SPI("dubbo")  
public interface Protocol {  
      
    int getDefaultPort();  
  
    @Adaptive  
     Exporter export(Invoker invoker) throws RpcException;  
  
    @Adaptive  
     Invoker refer(Class type, URL url) throws RpcException;  

    void destroy();  
  
}  

在dubbo自己的jar里,在/META_INF/dubbo/internal/com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol文件中:

dubbo=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.dubbo.DubboProtocol
http=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.http.HttpProtocol
hessian=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.hessian.HessianProtocol

所以说,这就看到了dubbo的spi机制默认是怎么玩儿的了,其实就是Protocol接口,@SPI(“dubbo”)说的是,通过SPI机制来提供实现类,实现类是通过dubbo作为默认key去配置文件里找到的,配置文件名称与接口全限定名一样的,通过dubbo作为key可以找到默认的实现了就是com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.dubbo.DubboProtocol

dubbo的默认网络通信协议,就是dubbo协议,用的DubboProtocol

如果想要动态替换掉默认的实现类,需要使用@Adaptive接口,Protocol接口中,有两个方法加了@Adaptive注解,就是说那俩接口会被代理实现。

啥意思呢?

比如这个Protocol接口搞了俩@Adaptive注解标注了方法,在运行的时候会针对Protocol生成代理类,这个代理类的那俩方法里面会有代理代码,代理代码会在运行的时候动态根据url中的protocol来获取那个key,默认是dubbo,你也可以自己指定,你如果指定了别的key,那么就会获取别的实现类的实例了。

通过这个url中的参数不通,就可以控制动态使用不同的组件实现类

好吧,那下面来说说怎么来自己扩展dubbo中的组件

自己写个工程,要是那种可以打成jar包的,里面的src/main/resources目录下,搞一个META-INF/services,里面放个文件叫:com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol,文件里搞一个my=com.zhss.MyProtocol。自己把jar弄到nexus私服里去。

然后自己搞一个dubbo provider工程,在这个工程里面依赖你自己搞的那个jar,然后在spring配置文件里给个配置:


这个时候provider启动的时候,就会加载到我们jar包里的my=com.zhss.MyProtocol这行配置里,接着会根据你的配置使用你定义好的MyProtocol了,这个就是简单说明一下,你通过上述方式,可以替换掉大量的dubbo内部的组件,就是扔个你自己的jar包,然后配置一下即可。

dubbo里面提供了大量的类似上面的扩展点,就是说,你如果要扩展一个东西,只要自己写个jar,让你的consumer或者是provider工程,依赖你的那个jar,在你的jar里指定目录下配置好接口名称对应的文件,里面通过key=实现类。

然后对对应的组件,用类似用你的哪个key对应的实现类来实现某个接口,你可以自己去扩展dubbo的各种功能,提供你自己的实现。

4.5 如何基于dubbo进行服务治理、服务降级、失败重试以及超时重试?

4.5.1 服务治理

1)调用链路自动生成

一个大型的分布式系统,或者说是用现在流行的微服务架构来说吧,分布式系统由大量的服务组成。那么这些服务之间互相是如何调用的?调用链路是啥?说实话,几乎到后面没人搞的清楚了,因为服务实在太多了,可能几百个甚至几千个服务。

那就需要基于dubbo做的分布式系统中,对各个服务之间的调用自动记录下来,然后自动将各个服务之间的依赖关系和调用链路生成出来,做成一张图,显示出来,大家才可以看到对吧。

服务A -> 服务B -> 服务C
-> 服务E
-> 服务D
-> 服务F
-> 服务W

2)服务访问压力以及时长统计

需要自动统计各个接口和服务之间的调用次数以及访问延时,而且要分成两个级别。一个级别是接口粒度,就是每个服务的每个接口每天被调用多少次,TP50,TP90,TP99,三个档次的请求延时分别是多少;第二个级别是从源头入口开始,一个完整的请求链路经过几十个服务之后,完成一次请求,每天全链路走多少次,全链路请求延时的TP50,TP90,TP99,分别是多少。

这些东西都搞定了之后,后面才可以来看当前系统的压力主要在哪里,如何来扩容和优化啊

3)其他的

服务分层(避免循环依赖),调用链路失败监控和报警,服务鉴权,每个服务的可用性的监控(接口调用成功率?几个9?)99.99%,99.9%,99%

4.5.2 服务降级

比如说服务A调用服务B,结果服务B挂掉了,服务A重试几次调用服务B,还是不行,直接降级,走一个备用的逻辑,给用户返回响应

public interface HelloService {
   void sayHello();
}

public class HelloServiceImpl implements HelloService {

    public void sayHello() {
        System.out.println("hello world......");
    }
    
}



    
    
    
    
    





    

    

    
    

现在就是mock,如果调用失败统一返回null

但是可以将mock修改为true,然后在跟接口同一个路径下实现一个Mock类,命名规则是接口名称加Mock后缀。然后在Mock类里实现自己的降级逻辑。

public class HelloServiceMock implements HelloService {

public void sayHello() {
// 降级逻辑
}

}

4.5.3 失败重试和超时重试

所谓失败重试,就是consumer调用provider要是失败了,比如抛异常了,此时应该是可以重试的,或者调用超时了也可以重试。


某个服务的接口,要耗费5s,你这边不能干等着,你这边配置了timeout之后,我等待2s,还没返回,我直接就撤了,不能干等你

如果是超时了,timeout就会设置超时时间;如果是调用失败了自动就会重试指定的次数

你就结合你们公司的具体的场景来说说你是怎么设置这些参数的,timeout,一般设置为200ms,我们认为不能超过200ms还没返回

retries,3次,设置retries,还一般是在读请求的时候,比如你要查询个数据,你可以设置个retries,如果第一次没读到,报错,重试指定的次数,尝试再次读取2次

4.6 如何自己设计一个类似dubbo的rpc框架?

(1)上来你的服务就得去注册中心注册吧,你是不是得有个注册中心,保留各个服务的信心,可以用zookeeper来做,对吧
(2)然后你的消费者需要去注册中心拿对应的服务信息吧,对吧,而且每个服务可能会存在于多台机器上
(3)接着你就该发起一次请求了,咋发起?蒙圈了是吧。当然是基于动态代理了,你面向接口获取到一个动态代理,这个动态代理就是接口在本地的一个代理,然后这个代理会找到服务对应的机器地址
(4)然后找哪个机器发送请求?那肯定得有个负载均衡算法了,比如最简单的可以随机轮询是不是
(5)接着找到一台机器,就可以跟他发送请求了,第一个问题咋发送?你可以说用netty了,nio方式;第二个问题发送啥格式数据?你可以说用hessian序列化协议了,或者是别的,对吧。然后请求过去了。。
(6)服务器那边一样的,需要针对你自己的服务生成一个动态代理,监听某个网络端口了,然后代理你本地的服务代码。接收到请求的时候,就调用对应的服务代码,对吧。

5 数据库

5.1 为什么要分库分表(设计高并发系统的时候,数据库层面该如何设计)?用过哪些分库分表中间件?不同的分库分表中间件都有什么优点和缺点?你们具体是如何对数据库如何进行垂直拆分或水平拆分的?

5.1.1为什么要分库分表?(设计高并发系统的时候,数据库层面该如何设计?)

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比如你单表都几千万数据了,你确定你能抗住么?绝对不行,单表数据量太大,会极大影响你的sql执行的性能,到了后面你的sql可能就跑的很慢了。一般来说,就以我的经验来看,单表到几百万的时候,性能就会相对差一些了,你就得分表了。

分表是啥意思?就是把一个表的数据放到多个表中,然后查询的时候你就查一个表。比如按照用户id来分表,将一个用户的数据就放在一个表中。然后操作的时候你对一个用户就操作那个表就好了。这样可以控制每个表的数据量在可控的范围内,比如每个表就固定在200万以内。

分库是啥意思?就是你一个库一般我们经验而言,最多支撑到并发2000,一定要扩容了,而且一个健康的单库并发值你最好保持在每秒1000左右,不要太大。那么你可以将一个库的数据拆分到多个库中,访问的时候就访问一个库好了。

5.1.2用过哪些分库分表中间件?不同的分库分表中间件都有什么优点和缺点?

这个其实就是看看你了解哪些分库分表的中间件,各个中间件的优缺点是啥?然后你用过哪些分库分表的中间件。

比较常见的包括:cobar、TDDL、atlas、sharding-jdbc、mycat

  • cobar:阿里b2b团队开发和开源的,属于proxy层方案。早些年还可以用,但是最近几年都没更新了,基本没啥人用,差不多算是被抛弃的状态吧。而且不支持读写分离、存储过程、跨库join和分页等操作。

  • TDDL:淘宝团队开发的,属于client层方案。不支持join、多表查询等语法,就是基本的crud语法是ok,但是支持读写分离。目前使用的也不多,因为还依赖淘宝的diamond配置管理系统。

  • atlas:360开源的,属于proxy层方案,以前是有一些公司在用的,但是确实有一个很大的问题就是社区最新的维护都在5年前了。所以,现在用的公司基本也很少了。

  • sharding-jdbc:当当开源的,属于client层方案。确实之前用的还比较多一些,因为SQL语法支持也比较多,没有太多限制,而且目前推出到了2.0版本,支持分库分表、读写分离、分布式id生成、柔性事务(最大努力送达型事务、TCC事务)。而且确实之前使用的公司会比较多一些(这个在官网有登记使用的公司,可以看到从2017年一直到现在,是不少公司在用的),目前社区也还一直在开发和维护,还算是比较活跃,个人认为算是一个现在也可以选择的方案。

  • mycat:基于cobar改造的,属于proxy层方案,支持的功能非常完善,而且目前应该是非常火的而且不断流行的数据库中间件,社区很活跃,也有一些公司开始在用了。但是确实相比于sharding jdbc来说,年轻一些,经历的锤炼少一些。

所以综上所述,现在其实建议考量的,就是sharding-jdbc和mycat,这两个都可以去考虑使用。

sharding-jdbc这种client层方案的优点在于不用部署,运维成本低,不需要代理层的二次转发请求,性能很高,但是如果遇到升级啥的需要各个系统都重新升级版本再发布,各个系统都需要耦合sharding-jdbc的依赖;

mycat这种proxy层方案的缺点在于需要部署,自己及运维一套中间件,运维成本高,但是好处在于对于各个项目是透明的,如果遇到升级之类的都是自己中间件那里搞就行了。

通常来说,这两个方案其实都可以选用,但是我个人建议中小型公司选用sharding-jdbc,client层方案轻便,而且维护成本低,不需要额外增派人手,而且中小型公司系统复杂度会低一些,项目也没那么多;

但是中大型公司最好还是选用mycat这类proxy层方案,因为可能大公司系统和项目非常多,团队很大,人员充足,那么最好是专门弄个人来研究和维护mycat,然后大量项目直接透明使用即可。

5.1.3 你们具体是如何对数据库如何进行垂直拆分或水平拆分的?

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  • 水平拆分
    就是把一个表的数据给弄到多个库的多个表里去,但是每个库的表结构都一样,只不过每个库表放的数据是不同的,所有库表的数据加起来就是全部数据。水平拆分的意义,就是将数据均匀放更多的库里,然后用多个库来抗更高的并发,还有就是用多个库的存储容量来进行扩容。

  • 垂直拆分
    就是把一个有很多字段的表给拆分成多个表,或者是多个库上去。每个库表的结构都不一样,每个库表都包含部分字段。一般来说,会将较少的访问频率很高的字段放到一个表里去,然后将较多的访问频率很低的字段放到另外一个表里去。因为数据库是有缓存的,你访问频率高的行字段越少,就可以在缓存里缓存更多的行,性能就越好。这个一般在表层面做的较多一些。

这个其实挺常见的,不一定我说,大家很多同学可能自己都做过,把一个大表拆开,订单表、订单支付表、订单商品表。

  • 还有表层面的拆分
    就是分表,将一个表变成N个表,就是让每个表的数据量控制在一定范围内,保证SQL的性能。否则单表数据量越大,SQL性能就越差。一般是200万行左右,不要太多,但是也得看具体你怎么操作,也可能是500万,或者是100万。你的SQL越复杂,就最好让单表行数越少。

5.2 这么从单库单表数据动态迁移到分库分表

5.2.1 停机迁移方案

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我先给你说一个最low的方案,就是很简单,大家伙儿凌晨12点开始运维,网站或者app挂个公告,说0点到早上6点进行运维,无法访问。。。。。。

接着到0点,停机,系统挺掉,没有流量写入了,此时老的单库单表数据库静止了。然后你之前得写好一个导数的一次性工具,此时直接跑起来,然后将单库单表的数据哗哗哗读出来,写到分库分表里面去。

导数完了之后,就ok了,修改系统的数据库连接配置啥的,包括可能代码和SQL也许有修改,那你就用最新的代码,然后直接启动连到新的分库分表上去。

验证一下,ok了,完美,大家伸个懒腰,看看看凌晨4点钟的北京夜景,打个滴滴回家吧

但是这个方案比较low,谁都能干,我们来看看高大上一点的方案

5.2.2 双写迁移方案

image.png

这个是我们常用的一种迁移方案,比较靠谱一些,不用停机,不用看北京凌晨4点的风景

简单来说,就是在线上系统里面,之前所有写库的地方,增删改操作,都除了对老库增删改,都加上对新库的增删改,这就是所谓双写,同时写俩库,老库和新库。

然后系统部署之后,新库数据差太远,用之前说的导数工具,跑起来读老库数据写新库,写的时候要根据gmt_modified这类字段判断这条数据最后修改的时间,除非是读出来的数据在新库里没有,或者是比新库的数据新才会写。

接着导万一轮之后,有可能数据还是存在不一致,那么就程序自动做一轮校验,比对新老库每个表的每条数据,接着如果有不一样的,就针对那些不一样的,从老库读数据再次写。反复循环,直到两个库每个表的数据都完全一致为止。

接着当数据完全一致了,就ok了,基于仅仅使用分库分表的最新代码,重新部署一次,不就仅仅基于分库分表在操作了么,还没有几个小时的停机时间,很稳。所以现在基本玩儿数据迁移之类的,都是这么干了。

5.3 如何设计可以动态扩容缩容的分库分表方案?

一个实践是利用32 * 32来分库分表,即分为32个库,每个库里一个表分为32张表。一共就是1024张表。根据某个id先根据32取模路由到库,再根据32取模路由到库里的表。

刚开始的时候,这个库可能就是逻辑库,建在一个数据库上的,就是一个mysql服务器可能建了n个库,比如16个库。后面如果要拆分,就是不断在库和mysql服务器之间做迁移就可以了。然后系统配合改一下配置即可。

比如说最多可以扩展到32个数据库服务器,每个数据库服务器是一个库。如果还是不够?最多可以扩展到1024个数据库服务器,每个数据库服务器上面一个库一个表。因为最多是1024个表么。

这么搞,是不用自己写代码做数据迁移的,都交给dba来搞好了,但是dba确实是需要做一些库表迁移的工作,但是总比你自己写代码,抽数据导数据来的效率高得多了。

哪怕是要减少库的数量,也很简单,其实说白了就是按倍数缩容就可以了,然后修改一下路由规则。

对2 ^ n取模

orderId 模 32 = 库
orderId / 32 模 32 = 表

259 3 8
1189 5 5
352 0 11
4593 17 15

1、设定好几台数据库服务器,每台服务器上几个库,每个库多少个表,推荐是32库 * 32表,对于大部分公司来说,可能几年都够了

2、路由的规则,orderId 模 32 = 库,orderId / 32 模 32 = 表

3、扩容的时候,申请增加更多的数据库服务器,装好mysql,倍数扩容,4台服务器,扩到8台服务器,16台服务器

4、由dba负责将原先数据库服务器的库,迁移到新的数据库服务器上去,很多工具,库迁移,比较便捷

5、我们这边就是修改一下配置,调整迁移的库所在数据库服务器的地址

6、重新发布系统,上线,原先的路由规则变都不用变,直接可以基于2倍的数据库服务器的资源,继续进行线上系统的提供服务

5.4 分库分表之后,id主键如何处理?

(1)数据库自增id

这个就是说你的系统里每次得到一个id,都是往一个库的一个表里插入一条没什么业务含义的数据,然后获取一个数据库自增的一个id。拿到这个id之后再往对应的分库分表里去写入。

这个方案的好处就是方便简单,谁都会用;缺点就是单库生成自增id,要是高并发的话,就会有瓶颈的;如果你硬是要改进一下,那么就专门开一个服务出来,这个服务每次就拿到当前id最大值,然后自己递增几个id,一次性返回一批id,然后再把当前最大id值修改成递增几个id之后的一个值;但是无论怎么说都是基于单个数据库。

适合的场景:你分库分表就俩原因,要不就是单库并发太高,要不就是单库数据量太大;除非是你并发不高,但是数据量太大导致的分库分表扩容,你可以用这个方案,因为可能每秒最高并发最多就几百,那么就走单独的一个库和表生成自增主键即可。

并发很低,几百/s,但是数据量大,几十亿的数据,所以需要靠分库分表来存放海量的数据

(2)uuid

好处就是本地生成,不要基于数据库来了;不好之处就是,uuid太长了,作为主键性能太差了,不适合用于主键。

适合的场景:如果你是要随机生成个什么文件名了,编号之类的,你可以用uuid,但是作为主键是不能用uuid的。

UUID.randomUUID().toString().replace(“-”, “”) -> sfsdf23423rr234sfdaf

(3)获取系统当前时间

这个就是获取当前时间即可,但是问题是,并发很高的时候,比如一秒并发几千,会有重复的情况,这个是肯定不合适的。基本就不用考虑了。

适合的场景:一般如果用这个方案,是将当前时间跟很多其他的业务字段拼接起来,作为一个id,如果业务上你觉得可以接受,那么也是可以的。你可以将别的业务字段值跟当前时间拼接起来,组成一个全局唯一的编号,订单编号,时间戳 + 用户id + 业务含义编码

(4)snowflake算法

twitter开源的分布式id生成算法,就是把一个64位的long型的id,1个bit是不用的,用其中的41 bit作为毫秒数,用10 bit作为工作机器id,12 bit作为序列号

1 bit:不用,为啥呢?因为二进制里第一个bit为如果是1,那么都是负数,但是我们生成的id都是正数,所以第一个bit统一都是0

41 bit:表示的是时间戳,单位是毫秒。41 bit可以表示的数字多达2^41 - 1,也就是可以标识2 ^ 41 - 1个毫秒值,换算成年就是表示69年的时间。

10 bit:记录工作机器id,代表的是这个服务最多可以部署在2^10台机器上哪,也就是1024台机器。但是10 bit里5个bit代表机房id,5个bit代表机器id。意思就是最多代表2 ^ 5个机房(32个机房),每个机房里可以代表2 ^ 5个机器(32台机器)。

12 bit:这个是用来记录同一个毫秒内产生的不同id,12 bit可以代表的最大正整数是2 ^ 12 - 1 = 4096,也就是说可以用这个12bit代表的数字来区分同一个毫秒内的4096个不同的id

64位的long型的id,64位的long -> 二进制

0 | 0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00 | 10001 | 1 1001 | 0000 00000000

2018-01-01 10:00:00 -> 做了一些计算,再换算成一个二进制,41bit来放 -> 0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00

机房id,17 -> 换算成一个二进制 -> 10001

机器id,25 -> 换算成一个二进制 -> 11001

snowflake算法服务,会判断一下,当前这个请求是否是,机房17的机器25,在2175/11/7 12:12:14时间点发送过来的第一个请求,如果是第一个请求

假设,在2175/11/7 12:12:14时间里,机房17的机器25,发送了第二条消息,snowflake算法服务,会发现说机房17的机器25,在2175/11/7 12:12:14时间里,在这一毫秒,之前已经生成过一个id了,此时如果你同一个机房,同一个机器,在同一个毫秒内,再次要求生成一个id,此时我只能把加1

0 | 0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00 | 10001 | 1 1001 | 0000 00000001

比如我们来观察上面的那个,就是一个典型的二进制的64位的id,换算成10进制就是910499571847892992。

public class IdWorker{

    private long workerId;
    private long datacenterId;
    private long sequence;

    public IdWorker(long workerId, long datacenterId, long sequence){
        // sanity check for workerId
// 这儿不就检查了一下,要求就是你传递进来的机房id和机器id不能超过32,不能小于0
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0",maxWorkerId));
        }
        if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("datacenter Id can't be greater than %d or less than 0",maxDatacenterId));
        }
        System.out.printf("worker starting. timestamp left shift %d, datacenter id bits %d, worker id bits %d, sequence bits %d, workerid %d",
                timestampLeftShift, datacenterIdBits, workerIdBits, sequenceBits, workerId);

        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.sequence = sequence;
    }

    private long twepoch = 1288834974657L;

    private long workerIdBits = 5L;
    private long datacenterIdBits = 5L;
    private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits); // 这个是二进制运算,就是5 bit最多只能有31个数字,也就是说机器id最多只能是32以内
    private long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits); // 这个是一个意思,就是5 bit最多只能有31个数字,机房id最多只能是32以内
    private long sequenceBits = 12L;

    private long workerIdShift = sequenceBits;
    private long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    private long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
    private long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);

    private long lastTimestamp = -1L;

    public long getWorkerId(){
        return workerId;
    }

    public long getDatacenterId(){
        return datacenterId;
    }

    public long getTimestamp(){
        return System.currentTimeMillis();
    }

public synchronized long nextId() {
// 这儿就是获取当前时间戳,单位是毫秒
        long timestamp = timeGen();

        if (timestamp < lastTimestamp) {
            System.err.printf("clock is moving backwards.  Rejecting requests until %d.", lastTimestamp);
            throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds",
                    lastTimestamp - timestamp));
        }

// 0
// 在同一个毫秒内,又发送了一个请求生成一个id,0 -> 1

        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask; // 这个意思是说一个毫秒内最多只能有4096个数字,无论你传递多少进来,这个位运算保证始终就是在4096这个范围内,避免你自己传递个sequence超过了4096这个范围
            if (sequence == 0) {
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0;
        }

// 这儿记录一下最近一次生成id的时间戳,单位是毫秒
        lastTimestamp = timestamp;

// 这儿就是将时间戳左移,放到41 bit那儿;将机房id左移放到5 bit那儿;将机器id左移放到5 bit那儿;将序号放最后10 bit;最后拼接起来成一个64 bit的二进制数字,转换成10进制就是个long型
        return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
                (datacenterId << datacenterIdShift) |
                (workerId << workerIdShift) |
                sequence;
    }
0 | 0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00 | 10001 | 1 1001 | 0000 00000000


    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

    private long timeGen(){
        return System.currentTimeMillis();
    }

    //---------------测试---------------
    public static void main(String[] args) {
        IdWorker worker = new IdWorker(1,1,1);
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            System.out.println(worker.nextId());
        }
    }

}

怎么说呢,大概这个意思吧,就是说41 bit,就是当前毫秒单位的一个时间戳,就这意思;然后5 bit是你传递进来的一个机房id(但是最大只能是32以内),5 bit是你传递进来的机器id(但是最大只能是32以内),剩下的那个10 bit序列号,就是如果跟你上次生成id的时间还在一个毫秒内,那么会把顺序给你累加,最多在4096个序号以内。

所以你自己利用这个工具类,自己搞一个服务,然后对每个机房的每个机器都初始化这么一个东西,刚开始这个机房的这个机器的序号就是0。然后每次接收到一个请求,说这个机房的这个机器要生成一个id,你就找到对应的Worker,生成。

他这个算法生成的时候,会把当前毫秒放到41 bit中,然后5 bit是机房id,5 bit是机器id,接着就是判断上一次生成id的时间如果跟这次不一样,序号就自动从0开始;要是上次的时间跟现在还是在一个毫秒内,他就把seq累加1,就是自动生成一个毫秒的不同的序号。

这个算法那,可以确保说每个机房每个机器每一毫秒,最多生成4096个不重复的id。

利用这个snowflake算法,你可以开发自己公司的服务,甚至对于机房id和机器id,反正给你预留了5 bit + 5 bit,你换成别的有业务含义的东西也可以的。

这个snowflake算法相对来说还是比较靠谱的,所以你要真是搞分布式id生成,如果是高并发啥的,那么用这个应该性能比较好,一般每秒几万并发的场景,也足够你用了。

5.5 有没有做MySQL读写分离?如何实现mysql的读写分离?MySQL主从复制原理的是啥?如何解决mysql主从同步的延时问题?

5.5.1 如何实现mysql的读写分离?

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其实很简单,就是基于主从复制架构,简单来说,就搞一个主库,挂多个从库,然后我们就单单只是写主库,然后主库会自动把数据给同步到从库上去。

5.5.2 MySQL主从复制原理的是啥?

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主库将变更写binlog日志,然后从库连接到主库之后,从库有一个IO线程,将主库的binlog日志拷贝到自己本地,写入一个中继日志中。接着从库中有一个SQL线程会从中继日志读取binlog,然后执行binlog日志中的内容,也就是在自己本地再次执行一遍SQL,这样就可以保证自己跟主库的数据是一样的。

这里有一个非常重要的一点,就是从库同步主库数据的过程是串行化的,也就是说主库上并行的操作,在从库上会串行执行。所以这就是一个非常重要的点了,由于从库从主库拷贝日志以及串行执行SQL的特点,在高并发场景下,从库的数据一定会比主库慢一些,是有延时的。所以经常出现,刚写入主库的数据可能是读不到的,要过几十毫秒,甚至几百毫秒才能读取到。

而且这里还有另外一个问题,就是如果主库突然宕机,然后恰好数据还没同步到从库,那么有些数据可能在从库上是没有的,有些数据可能就丢失了。

所以mysql实际上在这一块有两个机制,一个是半同步复制,用来解决主库数据丢失问题;一个是并行复制,用来解决主从同步延时问题

这个所谓半同步复制,semi-sync复制,指的就是主库写入binlog日志之后,就会将强制此时立即将数据同步到从库,从库将日志写入自己本地的relay log之后,接着会返回一个ack给主库,主库接收到至少一个从库的ack之后才会认为写操作完成了。

所谓并行复制,指的是从库开启多个线程,并行读取relay log中不同库的日志,然后并行重放不同库的日志,这是库级别的并行。

5.5.3 mysql主从同步延时问题(精华)

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线上确实处理过因为主从同步延时问题,导致的线上的bug,小型的生产事故

show status,Seconds_Behind_Master,你可以看到从库复制主库的数据落后了几ms

其实这块东西我们经常会碰到,就比如说用了mysql主从架构之后,可能会发现,刚写入库的数据结果没查到,结果就完蛋了。。。。

所以实际上你要考虑好应该在什么场景下来用这个mysql主从同步,建议是一般在读远远多于写,而且读的时候一般对数据时效性要求没那么高的时候,用mysql主从同步

所以这个时候,我们可以考虑的一个事情就是,你可以用mysql的并行复制,但是问题是那是库级别的并行,所以有时候作用不是很大

所以这个时候。。通常来说,我们会对于那种写了之后立马就要保证可以查到的场景,采用强制读主库的方式,这样就可以保证你肯定的可以读到数据了吧。其实用一些数据库中间件是没问题的。

一般来说,如果主从延迟较为严重

  • 分库,将一个主库拆分为4个主库,每个主库的写并发就500/s,此时主从延迟可以忽略不计

  • 打开mysql支持的并行复制,多个库并行复制,如果说某个库的写入并发就是特别高,单库写并发达到了2000/s,并行复制还是没意义。28法则,很多时候比如说,就是少数的几个订单表,写入了2000/s,其他几十个表10/s。

  • 重写代码,写代码的同学,要慎重,当时我们其实短期是让那个同学重写了一下代码,插入数据之后,直接就更新,不要查询

  • 如果确实是存在必须先插入,立马要求就查询到,然后立马就要反过来执行一些操作,对这个查询设置直连主库。不推荐这种方法,你这么搞导致读写分离的意义就丧失了

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