MySQL的并行复制策略

前面介绍的MySQL 的主从复制流程如下所示：

主备延迟的主要原因在于，master A 上产生 binlog 的速度大于slave B 处理 binlog 的速度。数据的积压就在于 sql_thread 处理的速度。在 MySQL 5.6 版本之前，只支持单线程复制。单线程的 binlog 复制，在高并发的场景下会出现严重的主从不一致。要解决这个问题，就需要将上面的 sql_thread 拆解成为多个线程处理。

上图中的 coordinate 就是本文开始的 sql_thread，具体执行 binlog 复制的是 Worker。生产上，Worker 的个数设置为 8-16 个比较合适（32核CPU），因为从库还需要可能还需要处理读的请求。

对于 coordinate 的分发策略，并不能是随机的，因为这样对于SQL 执行不同的顺序，可能会产生不同的结果。此时对于 coordinate 的分发策略要求如下：

1. 不能造成更新覆盖，同一行的更新必须被分发到同一个Worker 中；

2. 同一个事务不能被拆开，必须被分配到同一个Worker 中。

按表分发策略

按表分发的基本思路是，如果两个事务更新不同的表，就可以并行处理。此时因为在不同 Worker 处理时，也不会更新到同一行的数据。如果有跨表的事务，则需要 2 张表都需要考虑了。

从上图可以看出，每个 Worker 都对应一个 hash 表，用于保存当前 Worker 执行的 binlog 涉及的表。hash 表的 key 是 “库名+表名”，value 表示 Worker 中有多少个事务操作这个表。当事务执行完成后，其所涉及的表的计数会从hash 表中移除。上面 Worker_1 中的hash 表中 db1.t1:4 ，表示：Worker_1 中修改 db1.t1 表的事务数有 4 个。

假设 coordinate 读取一个事务 T （涉及 t1 和 t3的改动），此时分配规则如下：

1. Worker_1 中有事务在处理 t1 的改动，此时和 Worker_1 是冲突的，对于Worker_2 有在处理 t3 的改动，此时和Worker_2 也是冲突的；

2. 当事务 T 和多于 1 个Worker 冲突时，coordinate 就进入等待状态；

3. 此时如果 Worker_2 中执行完事务后，对应 t3 的计数就会减 1，此时事务 T 就只和 Worker_1 冲突了，此时就会将其加入到 Worker_1 的队列中；

4. coordinate 读取新事务 T2 继续执行 步骤 1 。

总结以上，coordinate 在分发事务的时候，会考虑以下冲突情况：

1. 当没有 Worker 冲突的时候，会将其加入到空间的Worker 中去；

2. 当有只有 1 个Worker 冲突的时候，会将其加入到冲突的Worker 中去；

3. 当有多于 1 个Worker 冲突的时候，coordinate 会进入等待状态，直到冲突数 <= 1。

按行分发策略

按行分发的策略和按表分发的策略类似，但是在考虑Worker 冲突的时候对应的hash key 就是“库名+表名+唯一键的值”，原理类似，这里就不做过多的介绍了。这里需要注意的点是，按行进行冲突检测，其消耗的计算量还是比较大的。

MySQL5.6 的并行复制

MySQL 从 5.6 版本开始支持按库级别的并行复制。对于一个应用来说，如果我们按照业务分库，从应用的层面上面讲是提高了 binlog 的复制能力的。按库级别的并行相比按表和按行级别的，有以下 2 个优势：

1. 构造 Worker 的 hash 表很快，因为库的个数不会太多，而且计算量也会减少；

2. 不需要要求 binlog 的格式。

MariaDB 的并行复制

在之前介绍的 redo log 组提交时，有以下特点：

1、在一个组里提交的事务，一定不会修改同一行；

2、主库上面可以并行的事务，在从库上面也是可以并行的。

MariaDB 并行复制的实现上，操作流程如下：

1. 在一个组里面提交的事务有一个相同的 commit_id，下一个组就是 commit_id + 1；

2. commit_id 直接写到 binlog 里面；

3. 传到备库的时候，相同 commit_id 的事务会被分发到不同的 Worker 中执行；

4. 这一组执行完成后，再去取下一组重复以上步骤。

从上面流程可以看出，下一个组提交的执行依赖上一个组提交的执行完成。此时如果上一个组提交中有大事务，就会影响下一个组提交的执行，容易造成阻塞。

MySQL5.7 的并行复制

MariaDB 在实现了并行复制能力之后，MySQL 也提供了类似的功能。由 slave-parallel-type 参数来控制并行复制的策略：

1. 配置为 DATABASE，表示使用 MySQL 5.6 开始提供的按库并行复制的策略；

2. 配置为 LOGICAL_CLICK，表示就是使用类似于 MariaDB 并行复制策略。

对于 LOGICAL_CLICK 这种策略，MySQL 5.7 对其做了优化。说优化之前，我们先看一下之前提到的“事务两阶段提交的细化流程”。

上面提到的 MariaDB 并行复制的核心是：一个组内，已经提交的事务是可以并行的。但是从上面流程可以看出，只要 redo log prepare （第一步）完成之后，事务之间就已经完成冲突检测了。因此 MySQL 5.7 的优化思想如下：

1. 同时处于 prepare 阶段的事务是可以并行执行的；

2. 处于 prepare 阶段的事务与处于 commit 状态的事务之间，也是可以并行执行的。

前面在 binlog 组提交的时候，介绍了下面 2 个参数：

1. binlog_group_commit_sync_delay 参数：表示延迟多少个微妙之后，再执行 fsync；

2. binlog_group_commit_sync_no_delay_count 参数：表示累计多少次之后，再执行 fsync。

上面 2 个参数是提高组提交里面的事务批量，简单的理解可以是：减慢主库的 binlog 写入，让备库能赶得上。

MySQL5.7.22 的并行复制

在 2018年4月发布的 5.7.22 版本里面，新增了基于 writeset 的并行复制。新增了 binlog-transaction-dependency-tracking，用来控制是否启用这个新策略，这个参数有以下 3 个可选值：

1. COMMIT_ORDER：就是前面提到的处于 prepare 和 commit 状态的 binlog 都可以被分发到 Worker 上面处理；

2. WRITESET：对于事务更新的每一行，都计算出一个 hash 值，组成集合 writeset。如果两个事务的 writeset 没有交集，说明事务没有操作相同的行，事务之间是可以并行的；

3. WRITESET_SESSION：是在 WRITESET 的基础上新增了一个约束，就是在主库上面同一个线程执行的 2 个事务的执行顺序，在从库上面也需要保证顺序性。

可以看出，MySQL 5.7.22 提出的并行复制策略和之前说的按表、按行的并行复制原理类似。另外其还有一些优化点：

1. writeset 是在主库上面生成后直接写到 binlog 里面的，这样在备库执行时，就需要解析 binlog 的内容，节省了很多计算量；

2. 不需要把整个事务的 binlog 都扫描一遍后，才决定分发到哪个 Worker，更节省内存；

3. 由于备库的分发策略不依赖于 binlog 的内容，因此对 binlog 的格式没有要求。

当然上面所说的并行复制的前提都是，没有外键约束，所有表都有主键的场景。如果不满足，则会退化成单线程的模式。

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参考：《极客时间：MySQL实战》、《高性能MySQL》
链接：http://moguhu.com/article/detail?articleId=129