主从复制概述

提升数据库并发能力

实际工作中常将Redis作为缓存与MysSQL 配合来使用，有请求时首先会从缓存中进行查找，如果存在就直接取出。如果不存在再访问数据库，这样提升读取效率，减少后端数据库访问压力，Redis的缓存架构是高并发架构中非常重要的一环。

一般应用对数据库而言都是读多写少，对数据库读取数据的压力比较大。采用数据库集群的方案，做主从架构 、进行读写分离，同样可以提升数据库的并发处理能力，但并不是所有的应用都需要对数据库进行主从架构设置，毕竟设置架构本身是有成本的

如果目的在于提升数据库高并发访问效率，首先考虑如何优化SQL和索引，其次才是采用缓存的策略，比如使用 Redis将热点数据保存在内存数据库中，从而提升读取的效 率；最后才是对数据库采用主从架构，进行读写分离。

主从复制作用

读写分离

可以通过主从复制的方式来同步数据，然后通过读写分离提高数据库并发处理能力

  • 写库，Master主库：负责写入数据

  • 读库，Slave从库：负责读取数据

当主库进行更新时会自动将数据复制到从库中，而在客户端读取数据时会从从库中进行读取

面对读多写少的需求，采用读写分离方式，可以实现更高的并发访问。同时还能对从服务器进行负载均衡（让不同的读请求按照策略均匀地分发到不同的从服务器上），使读取更加顺畅。读取顺畅的另一个原因是减少锁表的影响（如让主库负责写，当主库出现写锁时不会影从库进行SELECT的读取）

数据备份

通过主从复制将主库的数据复制到从库上，相当于一种热备份机制，在主库正常运行的情况下进行的备份不会影响到服务。

具有高可用性

数据备份实际上是一种冗余的机制，可以换取数据库的高可用性。当服务器出现故障或宕机的情况下，可以切换到从服务器上，保证服务的正常运行

主从复制原理

Slave会从Master读取binlog来进行数据同步。

原理剖析

实际上主从同步的原理是基于binlog进行数据同步的。在主从复制过程中，会基于3 个线程来操 作，一个主库线程，两个从库线程。

二进制日志转储线程 Binlog dump thread

它是一个主库线程，当从库线程连接时主库可以将二进制日志发送给从库，当主库读取事件（Event）时会在Binlog上加锁 ，读取完成后，再将锁释放

从库 I/O 线程

它会连接到主库，向主库发送请求更新Binlog。此时从库 I/O 线程就可以读取主库 二进制日志转储线程发送的 Binlog更新部分，并且拷贝到本地的中继日志 （Relay log）

从库 SQL 线程

它会读取从库的中继日志，并且执行日志中的事件，使从库中的数据与主库保持同步。

注意

不是所有版本的MySQL都默认开启服务器的二进制日志。在进行主从同步时需要先检查服务否已经开启二进制日志。
除非特殊指定，默认情况下从服务器会执行所有主服务器中保存的事件，当人也可以通过配置，使从服务器执行特定的事件。

复制步骤

  • 步骤1：Master将写操作记录到二进制日志（binlog）
  • 步骤2：Slave将Master的 binary log events拷贝到它的中继日志（ relay log ）
  • 步骤3： Slave重做中继日志中的事件，将改变应用到自己的数据库中。 MySQL复制是异步的且串行化的，而且重启后从接入点开始复制。

存在问题

复制的最大问题：延时

复制基本原则

  • 每个Slave只有一个Master
  • 每个Slave只能有一个唯一的服务器ID
  • 每个Master可以有多个Slave

主从架构搭建

一台主机用于处理所有写请求，一台从机负责所有读请求，架构图如下：

主机配置文件

建议mysql版本一致且后台以服务运行，主从所有配置项都配置在 [mysqld]节点下，且都是小写字母。

参数配置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
#[必须]主服务器唯一ID
server-id=1
#[必须]启用二进制日志,指名路径。比如：自己本地的路径/log/mysqlbin
log-bin=atguigu-bin
#[可选] 0（默认）表示读写（主机），1表示只读（从机）
read-only=0
#设置日志文件保留的时长，单位是秒
binlog_expire_logs_seconds=6000
#控制单个二进制日志大小。此参数的最大和默认值是1GB
max_binlog_size=200M
#[可选]设置不要复制的数据库
binlog-ignore-db=test
#[可选]设置需要复制的数据库,默认全部记录。比如：binlog-do-db=atguigu_master_slave
binlog-do-db=需要复制的主数据库名字
#[可选]设置binlog格式
binlog_format=STATEMENT

重启后台MySQL服务，使其生效

1
sysytemctl restart mysqld

注意：先搭建完主从复制，再创建数据库。MySQL主从复制起始时，从机不会继承主机数据

binlog格式设置：

STATEMENT模式 ： 基于SQL语句的复制（statement-based replication，SBR）

1
binlog_format=STATEMENT

每一条会修改数据的sql语句会记录到binlog，这是默认的binlog格式。

SBR优点：

  • 不需要记录每一行的变化，减少binlog日志量，文件较小

  • binlog中包含所有数据库更改信息，可以据此来审核数据库的安全等情况

  • binlog不仅仅用于复制 ，还可以用于实时的还原

  • 主从版本可以不一样，从服务器版本可以比主服务器版本高

SBR缺点：

  • 不是所有的UPDATE语句都能被复制，尤其是包含不确定操作时

使用以下函数的语句无法被复制：LOAD_FILE()、UUID()、USER()、FOUND_ROWS()、SYSDATE() （除非启动时启用--sysdate-is-now选项）

  • INSERT ... SELECT会产生比 RBR 更多的行级锁

  • 复制需要进行全表扫描（WHERE 语句中没有使用到索引）的 UPDATE 时，需要比 RBR 请求更多的行级锁

  • 对于有AUTO_INCREMENT字段的 InnoDB表而言，INSERT语句会阻塞其他INSERT语句

  • 对于一些复杂的语句，在从服务器上的耗资源情况会更严重，而 RBR 模式下只会对那个发生变化的记录产生影响

  • 执行复杂语句如果出错的话，会消耗更多资源
  • 数据表必须几乎和主服务器保持一致才行，否则可能会导致复制出错

ROW模式：基于行的复制 （row-based replication，RBR）

1
binlog_format=ROW

不记录每条sql语句的上下文信息，仅记录被修改的数据

RBR优点：

  • 任何情况都可以被复制，这对复制来说是最安全可靠
  • 多数情况下，从服务器上的表如果有主键复制就会快

  • 复制以下语句时的行锁更少：INSERT ... SELECT、包含AUTO_INCREMENT字段的INSERT、 没有附带条件或者并没有修改很多记录的UPDATE或DELETE语句

  • 执行INSERT，UPDATE，DELETE语句时锁更少

  • 从服务器上采用 多线程 来执行复制成为可能

RBR缺点 ：

  • binlog 大了很多

  • 复杂的回滚时binlog中会包含大量的数据

  • 主服务器上执行 UPDATE 语句时，所有发生变化的记录都会写到binlog中，而SBR只会写一 次，会导致频繁发生binlog的并发写问题

MIXED模式：混合模式复制（mixed-based replication，MBR）

1
binlog_format=MIXED

Mixed格式=实际上就是Statement与Row的结合

  • Mixed模式下一般的语句修改使用statment格式保存binlog。如一些函数，statement无法完成主从复 制的操作，则采用row格式保存binlog
  • MySQL会根据执行的每一条具体的sql语句来区分对待记录的日志形式，是在Statement和Row之间选择一种

从机配置文件

要求主从所有配置项都配置在my.cnf的[mysqld]栏位下，且都是小写字母。 

1
2
3
4
#[必须]从服务器唯一ID
server-id=2
#[可选]启用中继日志
relay-log=mysql-relay

重启后台mysql服务，使配置生效

1
systemctl restart mysqld;

注意：主从机都关闭防火墙

1
systemctl stop firewalld.service

主机：建立账户并授权

MySQL 5.7

1
2
-- 在主机MySQL里执行授权主从复制的命令（5.5,5.7）
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@'从机器数据库IP' IDENTIFIED BY '数据库密码';

MySQL 8.0

如果使用的是MySQL8.0，需要如下的方式建立账户，并授权slave： 

1
2
3
4
CREATE USER 'slave1'@'%' IDENTIFIED BY '数据库密码';
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@'%';
ALTER USER 'slave1'@'%' IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY '数据库密码';
flush privileges;

查询Master的状态，并记录下File和Position的值 

1
SHOW MASTER STATUS;

记录下File和Position的值

执行完此步骤后不要再操作主服务器MySQL，防止主服务器状态值变化。

从机：配置需要复制的主机

步骤1：从机上复制主机的命令 

1
2
3
4
5
6
CHANGE MASTER TO
MASTER_HOST='主机的IP地址',
MASTER_USER='主机用户名',
MASTER_PASSWORD='主机用户名的密码',
MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.具体数字',
MASTER_LOG_POS=具体值;

步骤2： 

1
2
-- 启动slave同步
START SLAVE;

如果报错可以执行如下操作，删除之前的relay_log信息。然后重新执行CHANGE MASTER TO ...语句即可。 

1
RESET SLAVE; -- 删除SLAVE数据库的relaylog日志文件，并重新启用新的relaylog文件

接着查看同步状态： 

1
SHOW SLAVE STATUS;

显式如下的情况，就是不正确的。可能错误的原因有：

  • 网络不通
  • 账户密码错误
  • 防火墙
  • mysql配置文件问题
  • 连接服务器时语法
  • 主服务器mysql权限

停止主从同步

停止主从同步

1
2
-- 停止主从同步命令：
STOP SLAVE;

重新配置主从

如果停止从服务器复制功能，再使用需要重新配置主从，否则会报错

重新配置主从，需要在从机上执行 

1
2
STOP SLAVE;
RESET MASTER; -- 删除Master中所有的binglog文件，并将日志索引文件清空，重新开始所有新的日志文件(慎用)

搭建主从复制：双主双从

同步数据一致性

主从同步的要求：

  • 读库和写库的数据一致（最终一致）
  • 写数据必须写到写库
  • 读数据必须到读库（不一定）

主从延迟问题

进行主从同步的内容是二进制日志，它是一个文件，在进行网络传输 的过程中就一定会存在主从延迟 ，就可能造成用户在从库上读取的数据不是最新的数据，即会发生主从同步中的数据不一致性问题。

问题原因

在网络正常时，日志从主库传给从库所需的时间是很短的。网络正常情况下，主从延迟的主要来源是备库接收完binlog和执行完这个事务间的时间差

主从延迟最直接的表现是，从库消费中继日志（relay log）的速度，比主库生产binlog的速度要慢。造成原因：

  • 从库的机器性能比主库要差
  • 从库的压力大
  • 大事务的执行

减少主从延迟

  • 降低多线程大事务并发的概率，优化业务逻辑

  • 优化SQL，避免慢SQL， 减少批量操作 ，建议写脚本以update-sleep这样的形式完成

  • 提高从库机器的配置 ，减少主库写binlog和从库读binlog的时间差

  • 尽量采用短的链路 ，主库和从库服务器的距离尽量要短，提升端口带宽，减少binlog传输的网络延时

  • 实时性要求的业务读强制走主库，从库只做灾备，备份

解决一致性问题

如果操作的数据存储在同一个数据库中，那么对数据进行更新时可以对记录加写锁，这样在读取 时不会发生数据不一致。但这时从库的作用就是备份 ，并没有起到读写分离 ，分担主库读压力的作用。

读写分离情况下，解决主从同步中数据不一致的问题 就是解决主从之间 数据复制方式的问题，如果按 照数据一致性 从弱到强 来进行划分，有以下 3 种复制方式

异步复制

异步模式是客户端提交COMMIT后不需要等从库返回任何结果，而是直接将结果返回给客户端，它不会影响主库写的效率，但可能会存在主库宕机，而Binlog还没有同步到从库的情况（即此时的主库和从库数据不一致）。这时从从库中选择一个作为新主，那么新主则可能缺少原来主服务器中已提交的事务。因此这种复制模式下的数据一致性是最弱的。

半同步复制

MySQL 5.5 版本后开始支持半同步复制，其原理是在客户端提交COMMIT后不直接将结果返回给客户端，而是等待至少有一个从库接收到了Binlog，并且写入到中继日志中，再返回给客户端，这样提高了数据的一致性，相比异步复制增加网络延迟，降低主库写的效

MySQL 5.7版本中增加rpl_semi_sync_master_wait_for_slave_count参数，可以对应答的从库数量进行设置，默认为1（只要有1个从库进行响应，就可以返回给客户端）。如果将该参数调大，可以提升数据一致性的强度，但也会增加主库等待从库响应的时间。

组复制

异步复制和半同步复制都无法最终保证数据的一致性问题，半同步复制是通过判断从库响应的个数来决 定是否返回给客户端，虽然数据一致性相比异步复制有提升，但仍然无法满足对数据一致性要求高的场景。而MGR 很好地弥补了这两种复制模式的不足。

MGR（MySQL Group Replication，组复制技术是 MySQL 在 5.7.17 版本中推出的新数据复制技术，它基于 Paxos 协议的状态机复制。

MGR 工作流程

首先将多个节点共同组成一个复制组，在执行读写（RW）事务时需要通过一致性协议层 （Consensus 层）的同意，这样才可以进行提交。

而针对只读（RO）事务 则不需要经过组内同意，直接 COMMIT 即可。 在一个复制组内有多个节点组成，它们各自维护自己的数据副本，并且在一致性协议层实现原子消息和全局有序消息，从而保证组内数据的一致性。