利用 Patroni + etcd + HAProxy 搭建高可用 PostgreSQL 集群

在生产环境中，数据库的高可用性是系统稳定运行的关键。本文将详细讲解如何利用 Docker 部署一个由 etcd、Patroni 和 HAProxy 组成的 PostgreSQL 高可用集群，实现自动故障转移和负载均衡。

架构概述

本架构主要包括三部分：

1. etcd 集群
   etcd 作为分布式键值存储，为 Patroni 提供集群状态、元数据存储与服务发现功能。本例中，我们使用 3 个 etcd 节点构建一个高可用的 etcd 集群。

2. Patroni 管理的 PostgreSQL 集群
   Patroni 通过监控 PostgreSQL 实例的状态，并利用 etcd 作为一致性存储，实现主从切换与故障恢复。这里我们部署 3 个 Patroni 节点，每个节点内嵌一个 PostgreSQL 实例。

3. HAProxy 负载均衡器
   HAProxy 作为数据库访问入口，将外部请求均衡分发到 Patroni 管理的 PostgreSQL 实例中。通过健康检查确保只将请求转发到正常的节点上。

Docker 部署示例

下面提供一个完整的 Docker Compose 文件示例，包含 3 个 etcd 节点、3 个 Patroni 节点和 1 个 HAProxy 节点。你只需将以下内容保存为 docker-compose.yaml 文件，并在同级目录下创建 HAProxy 配置文件 haproxy.cfg。

docker-compose.yaml

version: "3.9"

services:
  # etcd 集群（三个节点）
  etcd1:
    image: quay.io/coreos/etcd:v3.5.7
    container_name: etcd1
    environment:
      - ETCD_NAME=etcd1
      - ETCD_INITIAL_CLUSTER=etcd1=http://etcd1:2380,etcd2=http://etcd2:2380,etcd3=http://etcd3:2380
      - ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE=new
      - ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN=etcd-cluster-1
      - ETCD_LISTEN_PEER_URLS=http://0.0.0.0:2380
      - ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS=http://0.0.0.0:2379
      - ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS=http://etcd1:2379
    ports:
      - "2379:2379"
      - "2380:2380"
    networks:
      - pat_network

  etcd2:
    image: quay.io/coreos/etcd:v3.5.7
    container_name: etcd2
    environment:
      - ETCD_NAME=etcd2
      - ETCD_INITIAL_CLUSTER=etcd1=http://etcd1:2380,etcd2=http://etcd2:2380,etcd3=http://etcd3:2380
      - ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE=new
      - ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN=etcd-cluster-1
      - ETCD_LISTEN_PEER_URLS=http://0.0.0.0:2380
      - ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS=http://0.0.0.0:2379
      - ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS=http://etcd2:2379
    networks:
      - pat_network

  etcd3:
    image: quay.io/coreos/etcd:v3.5.7
    container_name: etcd3
    environment:
      - ETCD_NAME=etcd3
      - ETCD_INITIAL_CLUSTER=etcd1=http://etcd1:2380,etcd2=http://etcd2:2380,etcd3=http://etcd3:2380
      - ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE=new
      - ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN=etcd-cluster-1
      - ETCD_LISTEN_PEER_URLS=http://0.0.0.0:2380
      - ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS=http://0.0.0.0:2379
      - ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS=http://etcd3:2379
    networks:
      - pat_network

  # Patroni 管理的 PostgreSQL 集群（3 节点）
  patroni1:
    image: zalando/patroni:latest
    container_name: patroni1
    environment:
      - PATRONI_NAME=patroni1
      - PATRONI_RESTAPI_LISTEN=0.0.0.0:8008
      - PATRONI_RESTAPI_CONNECT_ADDRESS=patroni1:8008
      - PATRONI_POSTGRESQL_LISTEN=0.0.0.0:5432
      - PATRONI_POSTGRESQL_CONNECT_ADDRESS=patroni1:5432
      - PATRONI_ETCD_HOSTS=etcd1:2379,etcd2:2379,etcd3:2379
      - PATRONI_SCOPE=batman_cluster
      - PATRONI_NAMESPACE=/service/
      - PATRONI_LOG_LEVEL=INFO
    volumes:
      - ./patroni1/data:/var/lib/postgresql/data
    ports:
      - "5433:5432"
    depends_on:
      - etcd1
      - etcd2
      - etcd3
    networks:
      - pat_network

  patroni2:
    image: zalando/patroni:latest
    container_name: patroni2
    environment:
      - PATRONI_NAME=patroni2
      - PATRONI_RESTAPI_LISTEN=0.0.0.0:8008
      - PATRONI_RESTAPI_CONNECT_ADDRESS=patroni2:8008
      - PATRONI_POSTGRESQL_LISTEN=0.0.0.0:5432
      - PATRONI_POSTGRESQL_CONNECT_ADDRESS=patroni2:5432
      - PATRONI_ETCD_HOSTS=etcd1:2379,etcd2:2379,etcd3:2379
      - PATRONI_SCOPE=batman_cluster
      - PATRONI_NAMESPACE=/service/
      - PATRONI_LOG_LEVEL=INFO
    volumes:
      - ./patroni2/data:/var/lib/postgresql/data
    ports:
      - "5434:5432"
    depends_on:
      - etcd1
      - etcd2
      - etcd3
    networks:
      - pat_network

  patroni3:
    image: zalando/patroni:latest
    container_name: patroni3
    environment:
      - PATRONI_NAME=patroni3
      - PATRONI_RESTAPI_LISTEN=0.0.0.0:8008
      - PATRONI_RESTAPI_CONNECT_ADDRESS=patroni3:8008
      - PATRONI_POSTGRESQL_LISTEN=0.0.0.0:5432
      - PATRONI_POSTGRESQL_CONNECT_ADDRESS=patroni3:5432
      - PATRONI_ETCD_HOSTS=etcd1:2379,etcd2:2379,etcd3:2379
      - PATRONI_SCOPE=batman_cluster
      - PATRONI_NAMESPACE=/service/
      - PATRONI_LOG_LEVEL=INFO
    volumes:
      - ./patroni3/data:/var/lib/postgresql/data
    ports:
      - "5435:5432"
    depends_on:
      - etcd1
      - etcd2
      - etcd3
    networks:
      - pat_network

  # HAProxy 作为 PostgreSQL 的访问入口
  haproxy:
    image: haproxy:latest
    container_name: haproxy
    ports:
      - "5432:5432"
    configs:
      - source: haproxy_cfg
        target: /usr/local/etc/haproxy/haproxy.cfg
    depends_on:
      - patroni1
      - patroni2
      - patroni3
    networks:
      - pat_network

configs:
  haproxy_cfg:
    file: ./haproxy.cfg

networks:
  pat_network:
    driver: bridge

haproxy.cfg

在与 docker-compose.yaml 同级目录下创建 haproxy.cfg 文件，内容如下：

global
    log stdout format raw local0

defaults
    log     global
    mode    tcp
    timeout connect 10s
    timeout client  30s
    timeout server  30s

frontend pgsql_front
    bind *:5432
    default_backend pgsql_back

backend pgsql_back
    balance roundrobin
    server patroni1 patroni1:5432 check port 8008
    server patroni2 patroni2:5432 check port 8008
    server patroni3 patroni3:5432 check port 8008

部署步骤

1. 准备环境
   将上述两个文件（docker-compose.yaml 和 haproxy.cfg）放置在同一目录中，同时为每个 Patroni 节点创建对应的数据目录（例如：./patroni1/data、./patroni2/data、./patroni3/data）。

2. 启动服务
   在目录中执行以下命令启动所有服务：

   docker-compose up -d
   

3. 验证部署

   • 通过 docker ps 检查所有容器均已正常启动。
   • 通过访问 HAProxy 映射的端口（5432），即可连接到后端 Patroni 集群中的 PostgreSQL 实例。
   • 通过 Patroni 的 REST API 端口（各容器的 8008 端口）可查询集群状态与节点信息。

总结

使用 Patroni + etcd + HAProxy 构建的 PostgreSQL 高可用集群能够实现自动故障转移和负载均衡，确保数据库服务在节点故障时依然保持可用。该方案适用于需要高可用数据库支撑的生产环境。
通过 Docker Compose 快速构建此架构后，后续可以结合 Kubernetes 等编排工具进一步扩展部署，实现更高的弹性与可维护性。

希望这篇博客对你在高可用数据库部署方面有所帮助，如有疑问或进一步需求，欢迎在评论区交流！