python实现mysql的读写分离及负载均衡

Oracle数据库有其公司开发的配套rac来实现负载均衡，目前已知的最大节点数能到128个，但是其带来的维护成本无疑是很高的，并且rac的稳定性也并不是特别理想，尤其是节点很多的时候。

但是，相对mysql来说，rac的实用性要比mysql的配套集群软件mysql-cluster要高很多。因为从网上了解到情况来看，很少公司在使用mysql-cluster，大多数企业都会选择第三方代理软件，例如MySQL Proxy、Mycat、haproxy等，但是这会引起另外一个问题：单点故障(包括mysql-cluster：管理节点)。如果要解决这个问题，就需要给代理软件搭建集群，在访问量很大的情况下，代理软件的双机或三机集群会成为访问瓶颈，继续增加其节点数，无疑会带来各方面的成本。

那么，如何可以解决这个问题呢？

解决上述问题，最好的方式个人认为应该是在程序中实现。通过和其他mysql DBA的沟通，也证实了这个想法。但是由此带来的疑问也就产生了：会不会增加开发成本？对现有的应用系统做修改会不会改动很大？会不会增加后期版本升级的难度？等等。

对于一个架构设计良好的应用系统可以很肯定的回答：不会。

那么怎么算一个架构设计良好的应用系统呢？

简单来说，就是分层合理、功能模块之间耦合性底。以本人的经验来说，系统设计基本上可以划分为以下四层：

1. 实体层：主要定义一些实体类

2. 数据层：也可以叫SQL处理层。主要负责跟数据库交互取得数据

3. 业务处：主要是根据业务流程及功能区分模块(或者说定义不同的业务类)

4. 表现层：呈现最终结果给用户

实现上述功能(mysql的读写分离及负载均衡)，在这四个层次中，仅仅涉及到数据层。

严格来说，对于设计良好的系统，只涉及到一个类的一个函数：在数据层中，一般都会单独划分出一个连接类，并且这个连接类中会有一个连接函数，需要改动的就是这个函数：在读取连接字符串之前加一个功能函数返回需要的主机、ip、端口号等信息(没有开发经历的同学可能理解这段话有点费劲)。

流程图如下：

代码如下：

import mmapimport jsonimport randomimport mysql.connectorimport time##公有变量#dbinfos={# "db0":{'host':'192.168.42.60','user':'root','pwd':'Abcd1234','my_user':'root','my_pwd':'Abcd.1234',"port":3306,"database":"","role":"RW","weight":10,"status":1},# "db1":{'host':'192.168.42.61','user':'root','pwd':'Abcd1234','my_user':'root','my_pwd':'Abcd.1234',"port":3306,,"database":"":"R","weight":20,"status":1}# }dbinfos={}mmap_file = Nonemmap_time=None##这个函数返回json格式的字符串，也是实现初始化数据库信息的地方##使用json格式是为了方便数据转换，从字符串---》二进制--》字符串---》字典##如果采用其它方式共享dbinfos的方法，可以不用此方式##配置库的地址def get_json_str1():return json.dumps(dbinfos)##读取配置库中的内容def get_json_str():try:global dbinfoscnx = mysql.connector.connect(user='root', password='Abcd.1234',host='192.168.42.60',database='rwlb')cursor = cnx.cursor()cmdString="select * from rwlb"cnt=-1cursor.execute(cmdString)for (host,user,pwd,my_user,my_pwd,role,weight,status,port,db ) in cursor:cnt=cnt+1dict_db={'host':host,'user':user,'pwd':pwd,'my_user':my_user,'my_pwd':my_pwd,"port":port,"database":db,"role":role,"weight":weight,"status":status}dbinfos["db"+str(cnt)]=dict_dbcursor.close()cnx.close()return json.dumps(dbinfos)except:cursor.close()cnx.close()return ""##判断是否能正常连接到数据库def check_conn_host():try:cnx = mysql.connector.connect(user='root', password='Abcd.1234',host='192.168.42.60',database='rwlb')cursor = cnx.cursor()cmdString="select user()"cnt=-1cursor.execute(cmdString)for user in cursor:cnt=len(user)cursor.close()cnx.close()return cntexcept :return -1;##select 属于读操作，其他属于写操作-----这里可以划分的更详细,比如执行存储过程等def analyze_sql_state(sql):if "select" in sql:return "R"else:return "W"##读取时间信息def read_mmap_time():global mmap_time,mmap_filemmap_time.seek(0)##初始时间inittime=int(mmap_time.read().translate(None, b'\x00').decode())##当前时间endtime=int(time.time())##时间差dis_time=endtime-inittimeprint("dis_time:"+str(dis_time))#重新读取数据if dis_time>10:##当配置库正常的情况下才重新读取数据print(str(check_conn_host()))if check_conn_host()>0: print("read data again")mmap_time.seek(0)mmap_file.seek(0)mmap_time.write(b'\x00')mmap_file.write(b'\x00')get_mmap_time()get_mmap_info()else:print("can not connect to host") #不重新读取数据else:print("do not read data again")##从内存中读取信息，def read_mmap_info(sql):read_mmap_time()print("The data is in memory")global mmap_file,dict_dbmmap_file.seek(0)##把二进制转换为字符串info_str=mmap_file.read().translate(None, b'\x00').decode()#3把字符串转成json格式，方便后面转换为字典使用infos=json.loads(info_str) host_count=len(infos)##权重列表listw=[]##总的权重数量wtotal=0##数据库角色dbrole=analyze_sql_state(sql)##根据权重初始化一个列表。这个是比较简单的算法，所以权重和控制在100以内比较好----这里可以选择其他比较好的算法for i in range(host_count):db="db"+str(i)if dbrole in infos[db]["role"]:if int(infos[db]["status"])==1:w=infos[db]["weight"]wtotal=wtotal+wfor j in range(w):listw.append(i)if wtotal >0:##产生一个随机数rad=random.randint(0,wtotal-1)##读取随机数所在的列表位置的数据dbindex=listw[rad]##确定选择的是哪个dbdb="db"+str(dbindex)##为dict_db赋值，即选取的db的信息dict_db=infos[db]return dict_dbelse :return {}##如果内存中没有时间信息，则向内存红写入时间信息def get_mmap_time():global mmap_time##第二个参数1024是设定的内存大小，单位：字节。如果内容较多，可以调大一点mmap_time = mmap.mmap(-1, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = 'share_time')##读取有效比特数，不包括空比特cnt=mmap_time.read_byte()if cnt==0:print("Load time to memory")mmap_time = mmap.mmap(0, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = 'share_time')inittime=str(int(time.time()))mmap_time.write(inittime.encode())##如果内存中没有对应信息，则向内存中写信息以供下次调用使用def get_mmap_info():global mmap_file##第二个参数1024是设定的内存大小，单位：字节。如果内容较多，可以调大一点mmap_file = mmap.mmap(-1, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = 'share_mmap')##读取有效比特数，不包括空比特cnt=mmap_file.read_byte()if cnt==0:print("Load data to memory")mmap_file = mmap.mmap(0, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = 'share_mmap')mmap_file.write(get_json_str().encode())##测试函数def test1():get_mmap_time()get_mmap_info()for i in range(10):sql="select * from db"#sql="update t set col1=a where b=2"dbrole=analyze_sql_state(sql)dict_db=read_mmap_info(sql)print(dict_db["host"])def test2():sql="select * from db"res=analyze_sql_state(sql)print("select:"+res)sql="update t set col1=a where b=2"res=analyze_sql_state(sql)print("update:"+res)sql="insert into t values(1,2)"res=analyze_sql_state(sql)print("insert:"+res)sql="delete from t where b=2"res=analyze_sql_state(sql)print("delete:"+res)##类似主函数if __name__=="__main__":test2()

测试结果：

从结果可以看出，只有第一次向内存加载数据，并且按照权重实现了负载均衡。

因为测试函数test1()写的是固定语句，所以读写分离的结果没有显示出来。

另外：测试使用的数据库表结构及数据：

desc rwlb;+---------+-------------+------+-----+---------+-------+| Field | Type | Null | Key | Default | Extra |+---------+-------------+------+-----+---------+-------+| host | varchar(50) | YES || NULL | || user | varchar(50) | YES || NULL | || pwd| varchar(50) | YES || NULL | || my_user | varchar(50) | YES || NULL | || my_pwd | varchar(50) | YES || NULL | || role | varchar(10) | YES || NULL | || weight | int(11)| YES || NULL | || status | int(11)| YES || NULL | || port | int(11)| YES || NULL | || db| varchar(50) | YES || NULL | |+---------+-------------+------+-----+---------+-------+

select * from rwlb;+---------------+------+----------+---------+-----------+------+--------+--------+------+------+| host| user | pwd| my_user | my_pwd | role | weight | status | port | db |+---------------+------+----------+---------+-----------+------+--------+--------+------+------+| 192.168.42.60 | root | Abcd1234 | root | Abcd.1234 | RW |10 |1 | NULL | NULL || 192.168.42.61 | root | Abcd1234 | root | Abcd.1234 | R |20 |1 | NULL | NULL |+---------------+------+----------+---------+-----------+------+--------+--------+------+------+