Sharding-JDBC 系列专题 - 第九篇：高可用性与集群管理

本系列专题旨在帮助开发者全面掌握 Sharding-JDBC，一个轻量级的分布式数据库中间件。本篇作为系列的第九篇文章，将重点探讨 高可用性（High Availability, HA） 和 集群管理，包括数据库高可用方案、Sharding-JDBC 的故障切换机制、Sharding-Proxy 的集群部署，以及与 Apache ShardingSphere 生态的分布式治理功能（如 ZooKeeper 集成）。这些内容帮助开发者构建健壮的分布式数据库系统。需要图形化展示的部分将使用 Mermaid 语法绘制图表。

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1. 高可用性概述

高可用性是指系统在面对故障（如数据库宕机、网络中断）时，能够快速恢复并继续提供服务。Sharding-JDBC 和 Sharding-Proxy 提供了多种机制支持高可用性，同时需要结合底层数据库的高可用方案（如 MySQL 主从复制、MHA）来实现。

1.1 高可用性目标

• 最小化宕机时间：通过故障切换和冗余设计，降低服务中断时间。
• 数据一致性：确保故障期间数据不丢失或不一致。
• 自动恢复：自动检测故障并切换到备用节点。
• 负载均衡：在高可用架构中优化资源利用。

1.2 高可用性组件

• 数据库层：MySQL 主从复制、MHA（MySQL Master High Availability）、MySQL Cluster。
• Sharding-JDBC：读写分离的从库切换、事务重试。
• Sharding-Proxy：多实例部署、负载均衡。
• 分布式治理：使用 ZooKeeper 或 etcd 实现配置同步和状态管理。

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2. 数据库高可用方案

Sharding-JDBC 依赖底层数据库的高可用性，常见的 MySQL 高可用方案包括：

2.1 主从复制

• 原理：主库处理写操作，从库通过复制主库的二进制日志（binlog）保持数据同步。
• 配置：参考第四篇读写分离配置，主库 master_ds，从库 slave_ds_0、slave_ds_1。
• 高可用实现：
  • 配置多个从库，分担读压力。
  • 监控主从延迟，优化复制性能（如设置 sync_binlog=0）。
  • 从库故障时，Sharding-JDBC 自动切换到其他从库。

2.2 MHA（MySQL Master High Availability）

• 原理：MHA 监控主库状态，主库故障时自动将从库提升为主库。
• 部署：
  1. 安装 MHA Manager 和 Node。
  2. 配置主从复制和 MHA 脚本。
  3. 设置 VIP（虚拟 IP）或 DNS 切换。
• 与 Sharding-JDBC 集成：
  • 更新 Sharding-JDBC 的数据源配置，指向新的主库。
  • 使用动态数据源（如 Spring 的 AbstractRoutingDataSource）实现无缝切换。

2.3 MySQL Cluster（NDB Cluster）

• 原理：多主架构，数据同步存储在多个节点，支持自动故障转移。
• 适用场景：对一致性和可用性要求极高的场景。
• 与 Sharding-JDBC：配置多个 MySQL Cluster 节点作为数据源，Sharding-JDBC 负责分片路由。

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3. Sharding-JDBC 高可用机制

Sharding-JDBC 提供了多种机制支持高可用性，特别是在读写分离和分布式事务场景中。

3.1 读写分离故障切换

• 从库故障：Sharding-JDBC 检测从库不可用后，自动将读请求路由到其他从库或主库。
• 配置：

readwriteSplittingRule:
  dataSourceGroups:
    group0:
      writeDataSourceName: master_ds
      readDataSourceNames:
        - slave_ds_0
        - slave_ds_1
      loadBalancerName: roundRobin
  loadBalancers:
    roundRobin:
      type: ROUND_ROBIN

• 优化：
  • 配置健康检查，定期检测从库状态。
  • 使用权重负载均衡，优先选择高性能从库：

loadBalancers:
  weight:
    type: WEIGHT
    props:
      slave_ds_0: 0.7
      slave_ds_1: 0.3

3.2 分布式事务重试

• XA 事务：事务管理器（如 Atomikos）支持故障重试，确保事务提交。
• BASE 事务：Saga 模式通过补偿机制处理分片故障。
• 配置：

transactionRule:
  defaultType: XA
  providerType: Atomikos

• 代码示例（重试逻辑）：

import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;

@Service
public class OrderService {
   
    @Autowired
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;

    @Transactional(rollbackOn = Exception.class)
    public void createOrder(Long orderId, Long userId) {
   
        try {
   
            jdbcTemplate.update(
                "INSERT INTO t_order (order_id, user_id, order_amount) VALUES (?, ?, ?)",
                orderId, userId, 99.99
            );
        } catch (SQLException e) {
   
            // 记录日志，触发重试或补偿
            throw new RuntimeException("Transaction failed", e);
        }
    }
}

3.3 动态数据源切换

• 场景：主库故障后，MHA 切换到新主库，Sharding-JDBC 需要更新数据源。
• 实现：使用 Spring 的动态数据源：

import org.springframework.jdbc.datasource.lookup.AbstractRoutingDataSource;

public c