DB主从一致性架构优化4种方法

需求缘起

大部分互联网的业务都是“读多写少”的场景，数据库层面，读性能往往成为瓶颈。如下图：业界通常采用“一主多从，读写分离，冗余多个读库”的数据库架构来提升数据库的读性能。

这种架构的一个潜在 缺点是，业务方有可能 读取到并不是最新的旧数据：

（1）系统先对DB-master进行了一个写操作，写主库
（2）很短的时间内并发进行了一个读操作，读从库，此时主从同步没有完成，故读取到了一个旧数据
（3）主从同步完成

有没有办法解决或者缓解这类“ 由于主从延时导致读取到旧数据”的问题呢，这是本文要集中讨论的问题。

方案一（半同步复制）

不一致是因为写完成后，主从同步有一个时间差，假设是500ms，这个时间差有读请求落到从库上产生的。有没有办法做到，等主从同步完成之后，主库上的写请求再返回呢？答案是肯定的，就是大家常说的“半同步复制”semi-sync：

（1）系统先对DB-master进行了一个写操作，写主库
（2）等主从同步完成，写主库的请求才返回
（3）读从库，读到最新的数据（如果读请求先完成，写请求后完成，读取到的是“当时”最新的数据）

方案优点：利用数据库原生功能，比较简单

方案缺点：主库的写请求时延会增长，吞吐量会降低

方案二（强制读主库）

如果不使用“增加从库”的方式来增加提升系统的读性能，完全可以读写都落到主库，这样就不会出现不一致了：

方案优点：“一致性”上不需要进行系统改造

方案缺点：只能通过cache来提升系统的读性能，这里要进行系统改造

方案三（数据库中间件）

如果有了数据库中间件，所有的数据库请求都走中间件，这个主从不一致的问题可以这么解决：

（1）所有的读写都走数据库中间件，通常情况下，写请求路由到主库，读请求路由到从库
（2）记录所有路由到写库的key，在经验主从同步时间窗口内（假设是500ms），如果有读请求访问中间件，此时有可能从库还是旧数据，就把这个key上的读请求路由到主库
（3）经验主从同步时间过完后，对应key的读请求继续路由到从库

方案优点：能保证绝对一致

方案缺点：数据库中间件的成本比较高

方案四（缓存记录写key法）

既然数据库中间件的成本比较高，有没有更低成本的方案来记录某一个库的某一个key上发生了写请求呢？很容易想到使用缓存，当写请求发生的时候：

（1）将某个库上的某个key要发生写操作，记录在cache里，并设置“经验主从同步时间”的cache超时时间，例如500ms
（2）修改数据库

而读请求发生的时候：

（1）先到cache里查看，对应库的对应key有没有相关数据
（2）如果cache hit，有相关数据，说明这个key上刚发生过写操作，此时需要将请求路由到主库读最新的数据
（3）如果cache miss，说明这个key上近期没有发生过写操作，此时将请求路由到从库，继续读写分离

方案优点：相对数据库中间件，成本较低

方案缺点：为了保证“一致性”，引入了一个cache组件，并且读写数据库时都多了一步cache操作

总结

为了解决主从数据库读取旧数据的问题，常用的方案有四种：

（1）半同步复制
（2）强制读主
（3）数据库中间件
（4）缓存记录写key

前3个方案在今年数据库大会（DTCC2016）上share过，相关的材料在网上能下载到。第4个方案是大会现场有其他同学share的一个好方法，感谢这位同学。