MySQL35-主从复制

一. 主从复制概述

1.1. 如何提升数据库并发能力

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。

1.2. 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。
第1个作用：读写分离。

第2个作用就是数据备份。
第3个作用是具有高可用性。

二. 主从复制的原理

Slave 会从 Master 读取 binlog 来进行数据同步。

2.1. 原理剖析

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。

复制三步骤:
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。
复制的问题:
复制的最大问题： 延时

2.2. 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。

三. 一主一从架构搭建

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：

3.1. 准备工作

1. 准备 2台 CentOS 虚拟机。
2. 每台虚拟机上需要安装好MySQL (可以是MySQL8.0 )。
   可以在一台CentOS上安装好MySQL，进而通过克隆的方式复制出1台包含MySQL的虚拟机。
   注意：克隆的方式需要修改新克隆出来主机的：① MAC地址 ② hostname ③ IP 地址 ④ UUID 。
   此外，克隆的方式生成的虚拟机（包含MySQL Server），则克隆的虚拟机MySQL Server的UUID相同，必须修改，否则在有些场景会报错。比如： show slave status\G ，报如下的错误：

Last_IO_Error: Fatal error: The slave I/O thread stops because master and slave have
equal MySQL server UUIDs; these UUIDs must be different for replication to work.

修改MySQL Server 的UUID方式：

vim /var/lib/mysql/auto.cnf
systemctl restart mysqld

3.2. 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。
具体参数配置如下：

• 必选

#[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=zyy-bin

• 可选

#[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

3.2.1. binlog格式设置：STATEMENT模式

格式1： STATEMENT模式 （基于SQL语句的复制(statement-based replication, SBR)）

binlog_format=STATEMENT

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

3.2.2. binlog格式设置:ROW模式（基于行的复制(row-based replication, RBR)）

binlog_format=ROW

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

3.2.3. binlog格式设置:MIXED模式（混合模式复制(mixed-based replication, MBR)）

binlog_format=MIXED

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。

3.3. 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。

• 必选

#[必须]从服务器唯一ID
server-id=2

• 可选

#[可选]启用中继日志
relay-log=mysql-relay

重启后台mysql服务，使配置生效。

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

3.4. 主机：建立账户并授权

#在主机MySQL里执行授权主从复制的命令
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@'从机器数据库IP' IDENTIFIED BY 'abc123';
#5.5,5.7

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;

如果出现执行错误，先执行:

show variables like '%password%';

修改下密码策略就可以了，前面有介绍。
查询Master的状态，并记录下File和Position的值。

show master status;

记录下File和Position的值

注意：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。

3.5. 从机：配置需要复制的主机

步骤1：从机上复制主机的命令：

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;

举例：

CHANGE MASTER TO MASTER_HOST='192.168.101.30',MASTER_USER='slave1',MASTER_PASSWORD='123456',MASTER_LOG_FILE='zyy-bin.000004',MASTER_LOG_POS=156;

步骤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。

mysql> 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：

SHOW SLAVE STATUS\G;

上面两个参数都是Yes，则说明主从配置成功！
显式如下的情况，就是不正确的。可能错误的原因有：

1. 网络不通
2. 账户密码错误
3. 防火墙
4. mysql配置文件问题
5. 连接服务器时语法
6. 主服务器mysql权限

3.6. 测试

主机新建库、新建表、insert记录，从机复制：

CREATE DATABASE zyy_master_slave;
CREATE TABLE mytbl(id INT,NAME VARCHAR(16));
INSERT INTO mytbl VALUES(1, 'zhang3');

主机查询：

select * from mytbl;

从机查询：

show database;

use zyy_master_slave;
show tables;

select * from mytbl;

3.7. 停止主从同步

• 停止主从同步命令：

stop slave;

• 如何重新配置主从
  如果停止从服务器复制功能，再使用需要重新配置主从。否则会报错如下：
  
  重新配置主从，需要在从机上执行：

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)

四. 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)；

4.1. 理解主从延迟问题

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。

4.2. 主从延迟问题原因

在网络正常的时候，日志从主库传给从库所需的时间是很短的，即T2-T1的值是非常小的。即，网络正常情况下，主备延迟的主要来源是备库接收完binlog和执行完这个事务之间的时间差。
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：

1、从库的机器性能比主库要差
2、从库的压力大
3、大事务的执行

举例1：一次性用delete语句删除太多数据
结论：后续再删除数据的时候，要控制每个事务删除的数据量，分成多次删除。
举例2：一次性用insert…select插入太多数据
举例:3：大表DDL
比如在主库对一张500W的表添加一个字段耗费了10分钟，那么从节点上也会耗费10分钟。

4.3. 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：

1. 降低多线程大事务并发的概率，优化业务逻辑
2. 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。
3. 提高从库机器的配置 ，减少主库写binlog和从库读binlog的效率差。
4. 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。
5. 实时性要求的业务读强制走主库，从库只做灾备，备份。

4.4. 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。

4.4.1. 方法 1：异步复制

4.4.2. 半同步复制

4.4.3. 方法 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，有关这个算法的决策机制可以搜一下。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。