Rails で RDS リードレプリカを活用した読み書き分離とスケールイン対応

概要

Rails アプリケーションで RDS のリードレプリカを活用し、重い SQL クエリをリードレプリカに流すことで、メインのデータベースの負荷を軽減する方法と、リードレプリカを安全にスケールインできるようにする。

1. データベース設定

まず、config/database.ymlで読み書き用のデータベース接続を分離します。

default: &default
  adapter: mysql2
  charset: utf8mb4
  encoding: utf8mb4
  collation: utf8mb4_general_ci
  database: <%= ENV["DATABASE_NAME"] %>
  username: <%= ENV["DATABASE_USERNAME"] %>
  password: <%= ENV["DATABASE_PASSWORD"] %>
  host: <%= ENV["DATABASE_HOST"] %>
  port: <%= ENV["DATABASE_PORT"] %>
  pool: <%= ENV["RAILS_MAX_THREADS"] || 5 %>

development:
  primary:
    <<: *default
    database: app_development
  primary_replica:
    <<: *default
    database: app_development
    replica: true

production:
  primary:
    <<: *default
  primary_replica:
    <<: *default
    host: <%= ENV["DATABASE_READER_HOST"] %>
    replica: true

2. 読み書き分離モジュール

DbReadWriteSplitableモジュールを作成して、読み書きを分離する機能を提供します。

# app/models/concerns/db_read_write_splitable.rb
module DbReadWriteSplitable
  extend ActiveSupport::Concern

  class_methods do
    def write(retry_count: 0, &block)
      ActiveRecord::Base.connected_to(role: :writing, &block)
    end

    def readonly(retry_count: 0, &block)
      ActiveRecord::Base.connected_to(role: :reading, prevent_writes: true, &block)
    rescue ActiveRecord::StatementInvalid => e
      # リーダーのスケールインによって接続エラーが発生した場合にコネクションをクリアして再リトライする
      raise e if retry_count >= 5
      if e.message =~ /MySQL server has gone away/i
        ActiveRecord::Base.clear_active_connections!
        readonly(retry_count: retry_count + 1, &block)
      else
        raise e
      end
    end
  end

  def write(...)
    self.class.write(...)
  end

  def readonly(...)
    self.class.readonly(...)
  end
end

3. ApplicationRecord での利用

ApplicationRecordでこのモジュールを include し、データベース接続を設定します。

# app/models/application_record.rb
class ApplicationRecord < ActiveRecord::Base
  include DbReadWriteSplitable

  self.abstract_class = true

  connects_to database: { writing: :primary, reading: :primary_replica }
end

4. 使用方法

読み取り専用クエリ（リードレプリカ使用）

# 重い集計クエリをリードレプリカで実行
User.readonly do
  User.joins(:orders)
      .group(:id)
      .select('users.*, COUNT(orders.id) as order_count')
      .order('order_count DESC')
      .limit(100)
end

# インスタンスメソッドからも利用可能
user.readonly do
  user.orders.sum(:amount)
end

書き込みクエリ（プライマリ DB 使用）

# データの更新はプライマリDBで実行
User.write do
  user.update!(name: 'New Name')
end

5. スケールイン対応の仕組み

問題の背景

AWS RDS のリードレプリカは負荷に応じて自動的にスケールイン/アウトします。スケールイン時に既存の接続が切断され、MySQL server has gone awayエラーが発生します。

解決方法

DbReadWriteSplitableモジュールでは以下の仕組みでスケールインに対応しています：

1. エラーハンドリング: ActiveRecord::StatementInvalidをキャッチ
2. エラー判定: エラーメッセージにMySQL server has gone awayが含まれているかチェック
3. 接続クリア: ActiveRecord::Base.clear_active_connections!で接続をクリア
4. 再試行: 最大 5 回まで自動的に再試行

rescue ActiveRecord::StatementInvalid => e
  raise e if retry_count >= 5
  if e.message =~ /MySQL server has gone away/i
    ActiveRecord::Base.clear_active_connections!
    readonly(retry_count: retry_count + 1, &block)
  else
    raise e
  end

6. 環境変数の設定

本番環境では以下の環境変数を設定します：

# プライマリDB
DATABASE_HOST=your-primary-db-host
DATABASE_NAME=your_database_name
DATABASE_USERNAME=your_username
DATABASE_PASSWORD=your_password

# リードレプリカ
DATABASE_READER_HOST=your-reader-db-host

7. 注意点

データの整合性

• リードレプリカは非同期でデータを複製するため、最新のデータが反映されていない可能性があります
• リアルタイム性が重要な処理では、プライマリ DB を使用してください

接続プール

• 読み書きで別々の接続プールを使用するため、接続数の設定に注意してください
• pool設定を適切に調整して、リソースの無駄遣いを避けてください

エラーハンドリング

• スケールイン時の再試行回数（デフォルト 5 回）は、アプリケーションの要件に応じて調整してください
• 他のデータベースエラーと区別するため、エラーメッセージの判定条件を適切に設定してください

まとめ

この実装により、以下のメリットが得られます：

1. パフォーマンス向上: 重い読み取りクエリをリードレプリカに分散
2. 可用性向上: スケールイン時の自動再接続でサービス継続
3. 運用負荷軽減: 手動での接続管理が不要

RDS のリードレプリカを活用することで、データベースの負荷分散と可用性の向上を実現できます。