回答

我将为你详细分解实现一个基础版读写分离代理的步骤、核心概念，并提供一个简化的代码示例。

1. 核心设计思想

一个读写分离代理，本质上是一个位于应用程序和 MySQL 集群之间的中间件。它的工作流程如下：

监听端口：代理服务器监听一个端口（例如 3307），等待应用程序像连接普通 MySQL 一样连接它。

接收请求：接收来自客户端的 MySQL 协议数据包。

解析 SQL：这是最核心的一步。代理需要解析出客户端发送的 SQL 语句。

路由决策：

如果 SQL 是 SELECT 查询，并且当前连接不在一个事务中，就将这个查询转发给一个从库（Read Replica）。

如果 SQL 是 INSERT, UPDATE, DELETE 等写入操作，或者当前连接处于一个事务中（以 BEGIN 或 START TRANSACTION 开始），就必须将查询转发给主库（Primary/Master）。

转发与响应：将查询转发到选定的数据库（主库或从库），然后将数据库的响应原封不动地返回给客户端。

连接管理：高效地管理与后端主库和从库的连接池，以及与客户端的连接。

2. 实现的关键步骤和技术点

第一步：项目设置与依赖

你需要一个强大的 SQL 解析库。从头实现 SQL 解析器非常复杂。业界最常用、最强大的 Go SQL 解析库是 Vitess 项目中的 sqlparser。

# 初始化项目
go mod init mysql-proxy

# 添加依赖
go get vitess.io/vitess/go/vt/sqlparser
go get github.com/go-sql-driver/mysql

vitess.io/vitess/go/vt/sqlparser: 用于解析 SQL 语句。

github.com/go-sql-driver/mysql: 用于代理连接到后端的真实 MySQL 数据库。

第二步：配置管理

代理需要知道主库和从库的地址。一个简单的配置文件（如 config.yaml）是很好的选择。

# config.yaml
master: "user:password@tcp(127.0.0.1:3306)/dbname"
slaves:
  - "user:password@tcp(127.0.0.1:3308)/dbname"
  - "user:password@tcp(127.0.0.1:3309)/dbname"
proxy_addr: "0.0.0.0:3307"

第三步：后端连接池

为了提高性能，代理需要维护到主库和从库的连接池。Go 的 database/sql 包原生支持连接池，非常方便。

package main

import (
    "database/sql"
    _ "github.com/go-sql-driver/mysql"
)

// DB Pools
var (
    masterDB *sql.DB
    slaveDBs []*sql.DB // 多个从库
)

func initDB(masterDSN string, slaveDSNs []string) error {
    var err error
    masterDB, err = sql.Open("mysql", masterDSN)
    if err != nil {
        return err
    }
    masterDB.SetMaxOpenConns(50)
    masterDB.SetMaxIdleConns(10)

    for _, dsn := range slaveDSNs {
        db, err := sql.Open("mysql", dsn)
        if err != nil {
            return err
        }
        db.SetMaxOpenConns(50)
        db.SetMaxIdleConns(10)
        slaveDBs = append(slaveDBs, db)
    }
    return nil
}

第四步：SQL 解析与路由逻辑

这是代理的核心。当收到一个 SQL 查询时，使用 sqlparser 来判断其类型。

package main

import (
    "fmt"
    "vitess.io/vitess/go/vt/sqlparser"
)

// isReadonlyQuery 判断一个SQL语句是否是只读的
func isReadonlyQuery(query string) (bool, error) {
    stmt, err := sqlparser.Parse(query)
    if err != nil {
        return false, err
    }

    switch stmt.(type) {
    case *sqlparser.Select:
        // 检查是否是 SELECT ... FOR UPDATE
        // Vitess v15+ 的解析方式
        sel, ok := stmt.(*sqlparser.Select)
        if ok && sel.Lock != "" {
            // "for update" or "lock in share mode"
            return false, nil
        }
        return true, nil
    case *sqlparser.Show, *sqlparser.Use, *sqlparser.Set:
        // SHOW, USE, SET 等命令通常可以发往从库
        return true, nil
    default:
        // INSERT, UPDATE, DELETE, DDL, etc.
        return false, nil
    }
}

// isTransactionQuery 判断是否是事务控制语句
func isTransactionQuery(query string) (isBegin, isCommitOrRollback bool) {
    // 简化处理，实际场景更复杂
    upperQuery := strings.ToUpper(strings.TrimSpace(query))
    if upperQuery == "BEGIN" || upperQuery == "START TRANSACTION" {
        return true, false
    }
    if upperQuery == "COMMIT" || upperQuery == "ROLLBACK" {
        return false, true
    }
    return false, false
}

第五步：代理服务器主干 (简化的伪代码逻辑)

完整的代理需要实现 MySQL 的网络协议（Wire Protocol），这非常复杂。为了教学目的，我们先用一个简化的模型来展示核心的路由逻辑，而不是完整的协议实现。

下面的代码不是一个能直接运行的代理，因为它省略了复杂的 MySQL 协议握手、认证和数据包格式化部分。但它清晰地展示了如何组织路由逻辑。

package main

import (
    "database/sql"
    "fmt"
    "log"
    "math/rand"
    "net"
    "strings"
    "time"

    _ "github.com/go-sql-driver/mysql"
    "vitess.io/vitess/go/vt/sqlparser"
)

// (此处省略 initDB, isReadonlyQuery, isTransactionQuery 函数的定义)
var (
    masterDB *sql.DB
    slaveDBs []*sql.DB
)


// 这是一个“伪实现”，用于演示逻辑
// 真实代理需要处理MySQL的二进制协议
func handleConnection(conn net.Conn) {
    defer conn.Close()
    log.Printf("Client connected: %s", conn.RemoteAddr())

    // 每个客户端连接维护自己的事务状态
    inTransaction := false

    // 简单轮询策略选择从库
    slavePicker := rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))

    // 循环读取客户端的 "查询"
    // 这是一个极度简化的模拟，真实情况是读取MySQL协议数据包
    for {
        // 假设我们能从 conn 中神奇地读到SQL字符串
        // 在真实世界中，你需要一个MySQL协议解析器
        query, err := readQueryFromClient(conn) // readQueryFromClient 是一个伪函数
        if err != nil {
            log.Printf("Failed to read from client: %v", err)
            return
        }

        var targetDB *sql.DB
        var targetRole string

        // 1. 事务状态判断
        isBegin, isCommitOrRollback := isTransactionQuery(query)

        if inTransaction {
            if isCommitOrRollback {
                inTransaction = false
            }
            // 事务内的所有语句都发往主库
            targetDB = masterDB
            targetRole = "MASTER (in transaction)"
        } else {
            if isBegin {
                inTransaction = true
                targetDB = masterDB
                targetRole = "MASTER (begin transaction)"
            } else {
                // 2. 读写判断
                isRead, err := isReadonlyQuery(query)
                if err != nil {
                    log.Printf("SQL parse error: %v", err)
                    // 可以选择将解析失败的语句发往主库以求安全
                    targetDB = masterDB
                    targetRole = "MASTER (parse failed)"
                } else {
                    if isRead {
                        // 发往从库（这里使用随机选择策略）
                        targetDB = slaveDBs[slavePicker.Intn(len(slaveDBs))]
                        targetRole = "SLAVE"
                    } else {
                        // 发往主库
                        targetDB = masterDB
                        targetRole = "MASTER (write op)"
                    }
                }
            }
        }

        log.Printf("Routing query to %s: %s", targetRole, query)

        // 3. 执行查询并将结果返回给客户端
        // 这也是一个伪实现，真实情况需要将sql.Rows的结果集
        // 格式化为MySQL协议的数据包再发回给客户端。
        err = executeAndProxyResult(targetDB, query, conn) // executeAndProxyResult 是一个伪函数
        if err != nil {
            log.Printf("Failed to execute query: %v", err)
            // 需要将错误信息也按协议格式返回
        }
    }
}

// 伪函数，仅用于演示
func readQueryFromClient(conn net.Conn) (string, error) {
    // 真实实现：解析MySQL COM_QUERY包
    // 这里我们用一个bufio.Reader简单模拟
    // return bufio.NewReader(conn).ReadString('\n')
    return "", fmt.Errorf("this is a placeholder function")
}

// 伪函数，仅用于演示
func executeAndProxyResult(db *sql.DB, query string, conn net.Conn) error {
    // 真实实现：执行查询，然后将结果集（列信息、行数据、EOF包等）
    // 按照MySQL协议格式编码并写入conn
    // _, err := db.Exec(query)
    // ...
    return fmt.Errorf("this is a placeholder function")
}

func main() {
    // 1. 加载配置 (此处硬编码代替)
    masterDSN := "root:123456@tcp(127.0.0.1:3306)/test"
    slaveDSNs := []string{"root:123456@tcp(127.0.0.1:3308)/test"}
    proxyAddr := "127.0.0.1:3307"

    // 2. 初始化数据库连接池
    if err := initDB(masterDSN, slaveDSNs); err != nil {
        log.Fatalf("Failed to init DB pools: %v", err)
    }
    log.Println("Database pools initialized.")

    // 3. 启动TCP监听
    listener, err := net.Listen("tcp", proxyAddr)
    if err != nil {
        log.Fatalf("Failed to listen on %s: %v", proxyAddr, err)
    }
    defer listener.Close()
    log.Printf("MySQL proxy listening on %s", proxyAddr)

    // 4. 循环接受客户端连接
    for {
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            log.Printf("Failed to accept connection: %v", err)
            continue
        }
        go handleConnection(conn)
    }
}

// (此处省略 isReadonlyQuery 和 isTransactionQuery 的完整代码)
// ...

6. 挑战与进阶

从上面的简化示例到生产级的代理，还有很多工作要做：

实现完整的 MySQL 协议：这是最大的挑战。你需要处理客户端和服务端的握手、认证、命令解析（COM_QUERY, COM_STMT_PREPARE等）、结果集编码（列定义、行数据、EOF、OK、ERR包）。从零开始非常困难，通常会使用现有的库或框架。

健康检查：代理需要定期检查后端数据库的健康状况。如果一个从库宕机或者复制延迟过高，应将其从可用列表中移除。

从库负载均衡：当有多个从库时，需要实现负载均衡策略，如轮询（Round-Robin）、随机（Random）、最少连接数等。

事务一致性：SELECT ... FOR UPDATE 这样的语句虽然是读操作，但会加锁，必须发往主库。sqlparser 可以帮助识别这种锁。

预编译（Prepared Statements）：代理需要支持 PREPARE, EXECUTE, DEALLOCATE PREPARE，这会增加状态管理的复杂性。

优雅关闭（Graceful Shutdown）：当代理需要关闭时，应等待现有连接处理完毕，而不是粗暴地切断。

配置热加载：能够在不重启代理的情况下，动态添加或移除后端数据库。

7. 现有开源方案

在生产环境中，从零构建代理的成本很高。强烈建议研究或直接使用成熟的开源方案：

Vitess: Google 开源的数据库集群解决方案，功能极其强大，包含了水平分片、读写分离、连接池等，是云原生数据库的事实标准之一。

ProxySQL: 一个高性能、高可用的 MySQL 代理，用 C++ 编写，功能非常丰富，配置驱动。

Kingshard: 一个由 Go 语言编写的高性能 MySQL 代理，支持读写分离、分库分表等。