もなかアイスの試食品

「とりあえずやってみたい」そんな気持ちが先走りすぎて挫折が多い私のメモ書きみたいなものです．

SpringBootで接続先のデータベースを動的に切り替える

Java PostgreSQL SpringBoot サーバ 負荷分散

はじめに

とあるサービスを作成することになり、想定する利用人数をもとに、負荷分散について調べていた。

現状大丈夫そうだなと思っていても、今後利用人数が増えることを考えると、DBの負荷分散はどうしたら良いのか分からなかった。

負荷分散について考える前までは、レプリケーションやら、AWSのリードレプリカの概要・説明が出てくるけど、アプリケーションの変更が必要なのか良く分からなかった。

調べてみると、やっぱりアプリケーションの改造をやるか、PostgreSQLの場合はpgpoolのようなミドルウェアが必要っぽい。

AWS上の環境をあまり増やしたくないので、SpringBootで作成したアプリケーションに、DBの接続先を切り替える機能を作ることにした。


目次


参考サイト

以下のサイトを参考にした。

fedulov.website

qiita.com

javaworld.helpfulness.jp

m-namiki.hatenablog.jp


環境

AWS上で想定している将来の環境は以下の感じ。

f:id:monakaice88:20180728164600p:plain

ということで、開発環境にDNSサーバ・レプリケーションを構成済みのPostgreSQL２台を構築した。

DBのロードバランスは、DNSサーバにお任せすることにした。


作業の概要

いろいろやることがあったので、ざっくり以下にまとめ

  1. コンテキストを保持するクラスを作成
  2. コンテキストより、使用するBean名を返すクラスの作成
  3. 接続先を指定するアノテーションを作成
  4. コンテキストを切り替えるAspectを作成
  5. 読み取り用と更新用とそれぞれのDB接続設定を追加
  6. Beanを作成
  7. コントローラにアノテーションを付与

サービスにアノテーションを付与するようにしたかったけれども、サービスに付与するとテストが通らなった。

コントローラに付与すると問題なく動作し、また既に色々処理が出来てしまっていたので、今回はコントローラにアノテーションを付与ようにした。

（コントローラのメソッドの中で、「読み込み用」のサービスメソッドの次に「更新用」サービスメソッドを呼んでいるのが原因。"このコネクションじゃDBの更新は出来ないよ"みたいなことを言われていた気がする。ビジネスロジックが１つのサービスのメソッドでまとまっていれば、サービスにアノテーション付与出来たと思う）


1. コンテキストを保持するクラスを作成

まずは、Enumを作っておく。

public enum DataSourceType {
    ReadOnly,
    Updatable,
}

接続先の設定を保持するコンテキストクラスを以下のように作成

public class DbContextHolder {

    private static ThreadLocal<DataSourceType> contextHolder = new ThreadLocal<>();

    public static void setDataSourceType(DataSourceType type) {
        contextHolder.set(type);
    }

    public static DataSourceType getDataSourceType() {
        return contextHolder.get();
    }

    public static void clear() {
        contextHolder.remove();
    }

}


2. コンテキストより、使用するBean名を返すクラスの作成

AbstractRoutingDataSourceを継承したクラスを作成。（定数文字列：READ_ONLY_DATA_SOURCE_NAME、UPDATABLE_DATA_SOURCE_NAMEは別のクラスで定義している）

public class RoutingDataSourceResolver extends AbstractRoutingDataSource {

    @Override
    protected Object determineCurrentLookupKey() {
        if (DbContextHolder.getDataSourceType() == null) {
            return null;
        }

        switch (DbContextHolder.getDataSourceType()) {
            case ReadOnly:
                return READ_ONLY_DATA_SOURCE_NAME;
            case Updatable:
                return UPDATABLE_DATA_SOURCE_NAME;
            default:
                throw new RuntimeException("unknown datasource");
        }
    }
}


3. 接続先を指定するアノテーションを作成

Controllerクラスのメソッドに付与し、「読み込み用」か「更新用」どちらに接続するかを設定するアノテーションを作成

@Target({ ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface DataSource {

    DataSourceType value();

}


4. コンテキストを切り替えるAspectを作成

先程のアノテーションをもとに、コンテキストを設定するアスペクトを作成する。

今回はコントローラのメソッド単位で、接続先を切り替えるので、「@Controller」、「@RestController」が付いていないクラスから呼ばれると例外を投げるようにした。

@Aspect
@Component
public class SwitchingDataSourceAspect {

    @Around("@annotation(com.example.sample.aspect.DataSource)")
    public Object proceed(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
        try {
            DataSourceType type = this.getDataSourceType(joinPoint);
            DbContextHolder.setDataSourceType(type);
            return joinPoint.proceed();
        } finally {
            DbContextHolder.clear();
        }
    }


    private DataSourceType getDataSourceType(JoinPoint joinPoint) throws NoSuchMethodException {
        MethodSignature signature = (MethodSignature)joinPoint.getSignature();
        String methodName = signature.getMethod().getName();

        Class<?>[] parameterTypes = signature.getMethod().getParameterTypes();
        Method method = joinPoint.getTarget().getClass().getMethod(methodName, parameterTypes);

        Controller controller = joinPoint.getTarget().getClass().getAnnotation(Controller.class);
        RestController restController = joinPoint.getTarget().getClass().getAnnotation(RestController.class);
        DataSource dataSource = method.getAnnotation(DataSource.class);

        if (controller == null && restController == null) {
            throw new IllegalArgumentException("@Datasource is only can use in @Controller or @RestController.");
        }

        return dataSource.value();
    }

}


5. 読み取り用と更新用とそれぞれのDB接続設定を追加

SpringBootの設定ファイルに「readOnly」と「updatable」を追加。

spring:
  datasource:
    readOnly:
      driverClassName: org.postgresql.Driver
      url: jdbc:postgresql://read-only-db.sample.internal:5432/sample_db
      username: xxxxxxxx
      password: xxxxxxxx
      minIdlePoolSize: 3
      maximumPoolSize: 40
      idleTimeout_ms: 300000
      maxLifetime_ms: 1800000
    updatable:
      driverClassName: org.postgresql.Driver
      url: jdbc:postgresql://updatable.sample.internal:5432/sample_db
      username: xxxxxxxx
      password: xxxxxxxx
      minIdlePoolSize: 3
      maximumPoolSize: 20
      idleTimeout_ms: 300000
      maxLifetime_ms: 1800000


6. Beanを作成

設定ファイルをもとに、DataSourceを生成するBeanを作成。

DBマイグレーションでFlywayを使用している場合、更新用のBeanに「@FlywayDataSource」を付与する。これがないと起動できなかった。

RoutingDataSourceResolverを返すBean(multiDataSource)に「@Primary」を付与する。これがないと、「multiDataSource、readOnlyDataSource、updatableDataSourceどれを使うんだよ？」的なことを言われて起動できなかった。

@Configuration
public class WebConfig extends WebMvcConfigurerAdapter {

    public static final String READ_ONLY_DATA_SOURCE_NAME = "readOnlyDataSource";
    public static final String UPDATABLE_DATA_SOURCE_NAME = "updatableDataSource";

    @Autowired
    private Environment environment;

    @Autowired
    @Qualifier(READ_ONLY_DATA_SOURCE_NAME)
    private DataSource readableDataSource;

    @Autowired
    @Qualifier(UPDATABLE_DATA_SOURCE_NAME)
    private DataSource updatableDataSource;


    @Bean
    @Primary
    public RoutingDataSourceResolver multiDataSource() {
        RoutingDataSourceResolver resolver = new RoutingDataSourceResolver();

        // スイッチするデータソースを設定
        Map<Object, Object> dataSources = new HashMap<>();
        dataSources.put(READ_ONLY_DATA_SOURCE_NAME, readableDataSource);
        dataSources.put(UPDATABLE_DATA_SOURCE_NAME, updatableDataSource);

        resolver.setTargetDataSources(dataSources);
        resolver.setDefaultTargetDataSource(updatableDataSource);
        return resolver;
    }


    @Bean(READ_ONLY_DATA_SOURCE_NAME)
    public DataSource readOnlyDataSource() {
        String baseConfig = "spring.datasource.readOnly.%s";
        HikariConfig config = new HikariConfig();
        config.setDriverClassName(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "driverClassName")));
        config.setJdbcUrl(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "url")));
        config.setUsername(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "username")));
        config.setPassword(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "password")));
        HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource(config);
        dataSource.setMinimumIdle(Integer.parseInt(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "minIdlePoolSize"))));
        dataSource.setMaximumPoolSize(Integer.parseInt(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "maximumPoolSize"))));
        dataSource.setIdleTimeout(Long.parseLong(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "idleTimeout_ms"))));
        dataSource.setMaxLifetime(Long.parseLong(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "maxLifetime_ms"))));
        return dataSource;
    }


    @Bean(UPDATABLE_DATA_SOURCE_NAME)
    @FlywayDataSource
    public DataSource updatableDataSource() {
        String baseConfig = "spring.datasource.updatable.%s";
        HikariConfig config = new HikariConfig();
        config.setDriverClassName(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "driverClassName")));
        config.setJdbcUrl(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "url")));
        config.setUsername(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "username")));
        config.setPassword(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "password")));
        HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource(config);
        dataSource.setMinimumIdle(Integer.parseInt(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "minIdlePoolSize"))));
        dataSource.setMaximumPoolSize(Integer.parseInt(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "maximumPoolSize"))));
        dataSource.setIdleTimeout(Long.parseLong(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "idleTimeout_ms"))));
        dataSource.setMaxLifetime(Long.parseLong(environment.getProperty(String.format(baseConfig, "maxLifetime_ms"))));
        return dataSource;
    }

}

setDefaultTargetDataSourceメソッドに「updatableDataSource」を突っ込んでいるので、@DataSourceのつけ忘れがあった場合、更新用のDBに接続してくれるはず（ちゃんと調べてない）

DataSourceにはHikariDataSourceを使用するようにした。

良くBasicDataSourceを使っているサンプルを見かけるけど、Webサーバを起動したままPostgreSQLを再起動すると、初回アクセスのときにDBコネクションエラーが発生する。

HikariDataSourceだと勝手にコネクションを再生成してくれて、初回アクセスでも問題なかった。

BasicDataSourceでも、testOnBorrowとかvalidationQueryを設定すれば、再接続してくれるっぽいけど・・・残念ながらうまくいったことがない・・・

あと、BasicDataSourceを使用して実際に負荷をかけてみたところ、上限無しにコネクションを生成し、「クライアント多すぎぃ」とDB怒られた・・・確かにコネクションの上限設定してなかったもんね。

上限の設定について一応調べた気がするけど、面倒くさくなった

ということがあったので、DataSourceにはHikariDataSourceを使用するようにした。（２回目）


7. コントローラにアノテーションを付与

接続先を切り替える処理が完成したので、あとはコントローラのメソッドに、@DataSourceを付与していく。

以下、雑なサンプルコード

@Controller
@RequestMapping("api/v1/foo")
public class FooController {

    private final FooService service;

    @Autowired
    public FooController(FooService service) {
        this.service= service;
    }

    // 読み取りのみの処理
    @DataSource(DataSourceType.ReadOnly)
    @RequestMapping(value = "", method = RequestMethod.GET)
    public ResponseEntity getFoo() {
        return ResponseEntity.ok(this.service.getFoo());
    }

    // 更新を含む処理
    @DataSource(DataSourceType.Updatable)
    @RequestMapping(value = "", method = RequestMethod.DELETE)
    public ResponseEntity deleteFoo() {
        this.service.deleteFoo()
        return ResponseEntity.ok(new MessageOnly("Foo Deleted"));
    }

}


おわりに

少々追加するクラスが多いものの、アノテーションを付与して、DBの接続先を切り替える機能を作成することができた。

SpringBootが設定を勝手にやってくれていたところが結構あり、色んなハマったポイントがあった。

利用人数が増加するアプリを作成するときは、一番最初にこの処理を作っておくべきだと思った。

そういえばDNSサーバの構築について書いてない・・・

今回、初めてCentOSでDNSサーバを構築したので、それについてはまたいつか・・・

追記。DNSサーバの構築についてはコチラ

monakaice88.hatenablog.com