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MySQL主从复制

coydone
2022-01-19 / 0 评论 / 0 点赞 / 344 阅读 / 6,584 字 / 正在检测是否收录...
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本文最后更新于 2022-04-07,若内容或图片失效,请留言反馈。部分素材来自网络,若不小心影响到您的利益,请联系我们删除。

主从复制概述

如何提升数据库并发能力

在实际工作中,我们常常将Redis作为缓存与MySQL配合来使用,当有请求的时候,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,这样就提升了读取的效率,也减少了对后端数据库的访问压力。Redis的缓存架构是高并发架构中非常重要的一环。

此外,一般应用对数据库而言都是“ 读多写少 ”,也就说对数据库读取数据的压力比较大,有一个思路就是采用数据库集群的方案,做主从架构、进行读写分离,这样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的设置,毕竟设置架构本身是有成本的。

如果我们的目的在于提升数据库高并发访问的效率,那么首先考虑的是如何优化SQL和索引,这种方式简单有效;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,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。

主从复制的作用

主从同步设计不仅可以提高数据库的吞吐量,还有以下 3 个方面的作用。

1、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。

其中一个是Master主库,负责写入数据,我们称之为写库。其它都是Slave从库,负责读取数据,我们称之为读库。

当主库进行更新的时候,会自动将数据复制到从库中,而我们在客户端读取数据的时候,会从从库中进行读取。面对“读多写少”的需求,采用读写分离的方式,可以实现更高的并发访问。同时,我们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,让读取更加顺畅。读取顺畅的另一个原因,就是减少了锁表的影响,比如我们让主库负责写,当主库出现写锁的时候,不会影响到从库进行SELECT的读取。

2、数据备份,我们通过主从复制将主库上的数据复制到了从库上,相当于是一种热备份机制,也就是在主库正常运行的情况下进行的备份,不会影响到服务。

3、具有高可用性,数据备份实际上是一种冗余的机制,通过这种冗余的方式可以换取数据库的高可用性,也就是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。

关于高可用性的程度,我们可以用一个指标衡量,即正常可用时间/全年时间。比如要达到全年99.999%的时间都可用,就意味着系统在一年中的不可用时间不得超过365*24*60* (1-99.999%)=5.256分钟(含系统崩溃的时间、日常维护操作导致的停机时间等),其他时间都需要保持可用的状态。

实际上,更高的高可用性,意味着需要付出更高的成本代价。在现实中我们需要结合业务需求和成本来进行选择。

主从复制的原理

Slave会从Master读取binlog来进行数据同步。

三个线程

实际上主从同步的原理就是基于 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)是一个主库线程。当从库线程连接的时候, 主库可以将二进制日志发送给从库,当主库读取事件(Event)的时候,会在Binlog上加锁,读取完成之后,再将锁释放掉。

从库I/O线程会连接到主库,向主库发送请求更新Binlog。这时从库的I/O线程就可以读取到主库的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线程会读取从库中的中继日志,并且执行日志中的事件,将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。在进行主从同步的时候,我们需要先检查服务器是否已经开启了二进制日志。

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。也可以通过配置,使从服务器执行特定的事件。

复制三步骤:

  1. Master将写操作记录到二进制日志( binlog )。

  2. Slave将Master的binary log events拷贝到它的中继日志( relay log );

  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。

复制的最大问题: 延时。

复制的基本原则: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:

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。

master

在master的配置文件(/usr/my.cnf)中,配置如下内容:

#【必选】mysql 服务ID,保证整个集群环境中唯一
server-id=1

#【必选】mysql binlog 日志的存储路径和文件名
log-bin=/var/lib/mysql/mysqlbin

#错误日志,默认已经开启
#log-err

#mysql的安装目录
#basedir

#mysql的临时目录
#temdir

#mysql的数据存放目录
#datadir

#是否只读,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(1024M)
max_binlog_size=200M

#忽略的数据,指不需要同步的数据库
binlog-ignore-db=test

#设置需要复制的数据库,默认全部记录。比如:binlog-do-db=coydone_master_slave
binlog-do-db=需要复制的主数据库名字

#设置binlog格式:STATEMENT、ROW、MIXED
binlog_format=STATEMENT

binlog格式设置

①STATEMENT模式 (基于SQL语句的复制,statement-based replication,SBR),每一条会修改数据的sql语句会记录到binlog中。这是默认的binlog格式。

SBR 的优点:

  • 历史悠久,技术成熟;

  • 不需要记录每一行的变化,减少了binlog日志量,文件较小;

  • binlog中包含了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可以用于实时的还原,而不仅仅用于复制;

  • 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 的缺点:

不是所有的UPDATE语句都能被复制,尤其是包含不确定操作的时候。

使用以下函数的语句也无法被复制:LOAD_FILE()、UUID()、USER()、FOUND_ROWS()、SYSDATE()(除非启动时启用了 --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。

②ROW模式(基于行的复制,row-based replication,RBR):5.1.5版本的MySQL才开始支持,不记录每条sql语句的上下文信息,仅记录哪条数据被修改了,修改成什么样了。

RBR 的优点:

  • 任何情况都可以被复制,这对复制来说是最 安全可靠 的。(比如:不会出现某些特定情况下的存储过程、function、trigger的调用和触发无法被正确复制的问题);

  • 多数情况下,从服务器上的表如果有主键的话,复制就会快了很多;

  • 复制以下几种语句时的行锁更少: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 的缺点:

  • 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,这会导致频繁发生binlog的并发写问题;

  • 无法从binlog中看到都复制了些什么语句。

③MIXED模式(混合模式复制,mixed-based replication,MBR):从5.1.8版本开始,MySQL提供了Mixed格式,实际上就是Statement与Row的结合。

在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,也就是在Statement和Row之间选择一种。

执行完毕之后,需要重启MySQL:

service mysql restart;

注意:主从机都关闭防火墙service iptables stop #CentOS 6;systemctl stop firewalld.service #CentOS 7

创建同步数据的账户,并且进行授权操作:

grant replication slave on *.* to 'coydone'@'192.168.192.131' identified by 'coydone'; --192.168.192.131为从机IP
flush privileges;

注意:如果使用的是MySQL8,需要如下的方式建立账户,并授权slave:

CREATE USER 'slave1' @ '%' IDENTIFIED BY '123456';
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@'%';
#此语句必须执行。否则见下面。
ALTER USER 'slave1' @ '%' IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY '123456';
flush privileges;

查看master状态:

show master status;

字段含义:

  • File:从哪个日志文件开始推送日志文件。

  • Position:从哪个位置开始推送日志。

  • Binlog_Ignore_DB:指定不需要同步的数据库。

slave

在slave端配置文件中,配置如下内容:

# [必须]从服务器唯一ID
server-id=2

# [可选]启用中继日志
relay-log=mysql-relay

#指定binlog日志
#log-bin=/var/lib/mysql/mysqlbin

执行完成之后,需要重启MySQL:

service mysql restart;

执行如下指令:

change master to msater_host = '192.168.192.130',master_user='coydone',master_password='coydone', master_log_file='mysqlbin.000001',master_log_pos=413; 
#192.168.192.130为主机IP

指定当前从库对应的主库IP地址,用户名,密码,从哪个日志文件开始的哪个位置开始同步推送日志。

# 开启同步操作
start slave;
show slave status;

# 停止同步操作
stop slave;

同步数据一致性问题

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(比如 500ms),这样就可能造成用户在从库上读取的数据不是最新的数据,也就是主从同步中的数据不一致性问题。

主备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。

如何减少主从延迟

若想要减少主从延迟的时间,可以采取下面的办法:

  • 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的效率差。

  • 尽量采用短的链路,也就是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。

如何解决一致性问题

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的时候,可以对记录加写锁,这样在读取的时候就不会发生数据不一致的情况。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。

1、异步复制

异步模式就是客户端提交COMMIT之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,这样做的好处是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,也就是此时的主库和从库数据不一致。这时候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。所以,这种复制模式下的数据一致性是最弱的。

2、半同步复制

MySQL5.5版本之后开始支持半同步复制的方式。原理是在客户端提交COMMIT之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。

这样做的好处就是提高了数据的一致性,当然相比于异步复制来说,至少多增加了一个网络连接的延迟,降低了主库写的效率。

在MySQL5.7版本中还增加了一个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,也就是说只要有1个从库进行了响应,就可以返回给客户端。如果将这个参数调大,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。

3、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于异步复制有提升,但仍然无法满足对数据一致性要求高的场景,比如金融领域。MGR 很好地弥补了这两种复制模式的不足。

组复制技术,简称 MGR(MySQL Group Replication)。是 MySQL 在 5.7.17 版本中推出的一种新的数据复制技术,这种复制技术是基于Paxos协议的状态机复制。

MGR 是如何工作的?

首先我们将多个节点共同组成一个复制组,在执行读写(RW)事务的时候,需要通过一致性协议层(Consensus 层)的同意,也就是读写事务想要进行提交,必须要经过组里“大多数人”(对应 Node 节点)的同意,大多数指的是同意的节点数量需要大于(N/2+1),这样才可以进行提交,而不是原发起方一个说了算。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,它们各自维护了自己的数据副本,并且在一致性协议层实现了原子消息和全局有序消息,从而保证组内数据的一致性。

MGR将MySQL带入了数据强一致性的时代,是一个划时代的创新,其中一个重要的原因就是MGR是基于Paxos协议的。Paxos算法是由 2013 年的图灵奖获得者Leslie Lamport于1990年提出的。事实上,Paxos算法提出来之后就作为分布式一致性算法被广泛应用,比如Apache的ZooKeeper也是基于Paxos实现的。

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