【阿里数据库面试题解】MySQL高可用原理
在一个主备关系中，每个备库接收主库的binlog并执行。
正常情况下，只要主库执行更新生成的所有binlog，都可以传到备库并被正确执行，备库就能达到跟主库一致的状态，这就是最终一致性。
但MySQL要提供高可用能力，只有最终一致性还不够。为什么呢？
- MySQL主备切换流程–双M结构
主备延迟
主备切换可能是：
- 主动运维动作
比如软件升级、主库所在机器按计划下线等 - 被动操作
比如主库所在机器掉电。
同步延迟
与数据同步有关的时间点主要包括以下三个：
- 主库A执行完成一个事务，写入binlog，该时刻记为t1
- 之后传给备库B，备库B接收完该binlog的时刻记为t2
- 备库B执行完成该事务，该时刻记为t3
主备延迟，就是同一事务，在 备库执行完成的时间 和 主库执行完成的时间 之间的差值，即t3-t1。
可以在备库执行show slave status，它的返回结果会显示SBM（简称 SBM），表示当前备库延迟了多少s。
SBM 计算方法：
- 每个事务的binlog都有一个时间字段，以记录主库上写入的时间
- 备库取出当前正在执行的事务的时间字段的值，计算它与当前系统时间的差值，得到SBM。
其实SBM就是t3-t1。所以，可以用SBM作为主备延迟的值，这个值的时间精度是s。
- 若主备库机器的系统时间设置不一致，不会导致主备延迟的值不准吗？
不会的。因为，备库连接到主库时，会通过执行SELECT UNIX_TIMESTAMP()函数获得当前主库系统时间。若此时发现主库系统时间与自己不一致，备库在执行SBM计算时，会自动扣掉该差值。
在网络正常时，日志从主库传给备库所需时间很短，即t2-t1非常小。即网络正常情况下，主备延迟的主要来源是备库接收完binlog和执行完该事务之间的时间差。
所以主备延迟最直接的表现是，备库消费中转日志（relay log）的速度，比主库生产binlog的速度要慢。这可能是由哪些原因导致的呢？
主备延迟的来源
备库所在机器的性能 < 主库所在的机器性能
部署的人会想，反正备库没有请求，所以可以用差点儿的机器。或把20个主库放在4台机器，而把备库集中在一台机器。
但更新请求对IOPS的压力，在主库和备库上是无差别的。所以，做这种部署时，一般都会将备库设置为“非双1”模式。
但实际上，更新过程中也会触发大量读操作。所以，当备库主机上的多个备库都在争抢资源时，就可能导致主备延迟。
这种部署现在少了。因为主备可能发生切换，备库随时可能变成主库，所以主备库必须选用相同规格机器，并且做对称部署。
我们也做了对称部署，但还有延迟，为啥？
很可能备库的压力大。主库既然提供了写能力，那么备库可以提供一些读能力。或一些运营后台需要的分析语句，不能影响正常业务，所以只能在备库上跑。
由于主库直接影响业务，大家使用起来会比较克制，反而忽视了备库的压力控制。结果备库上的查询耗费大量CPU，影响同步速度 =》主备延迟。
这时一般可以这么处理：
- 一主多从
除了备库外，可以多接几个从库，让这些从库来分担读压力。大多采用该方案，因为数据库系统必须保证有定期全量备份能力。而从库，很适合用来做备份。 - 通过binlog输出到外部系统
比如Hadoop，让外部系统提供统计类查询的能力。
从库和备库在概念上其实差不多。一般把会在HA过程中被选成新主库的，称为备库，其他的称为从库。
我们也采用了一主多从，保证备库压力不会超过主库，但还主备延迟，为啥？
可能就是大事务了。因为在主库，必须等事务执行完成才会写binlog，再传给备库。所以，若一个主库的语句执行10min，则该事务可能就会导致从库延迟10min。
delete一次性删除太多数据
比如，一些归档类数据，平时没有注意删除历史数据，等空间快满，SE要一次性删大量历史数据。又要避免在高峰期，所以会在晚上执行这些大量数据删除。
结果，DBA半夜收到延迟报警。然后，DBA要求你后续再删数据时，要控制每个事务删除的数据量，分成多次删除。
大表DDL
计划内的DDL，建议使用gh-ost方案
我们主库也没大事务，怎么还主备延迟？
可能因为备库的并行复制能力。
其他情况
TODO。
由于主备延迟的存在，所以在主备切换时，就有不同
策略
可靠性优先策略
比如一开始的双M架构，切换过程如下：
- 判断备库B现在的SBM，若小于某值（比如5s）继续下一步，否则持续重试该步
- 把主库A改成只读状态，即把readonly设置为true
- 判断备库B的SBM值，直到该值=0
- 把备库B改成可读写状态：把readonly 设置为false
- 把业务请求切到备库B
切换一般由HA系统完成。
MySQL可靠性优先主备切换流程
该切换流程中有不可用时间。因为在step2后，A、B都readonly，此时系统不可写，直到step5完成后才恢复。
在这个不可用过程，较耗时的是step3，可能耗费几s。这也是为什么要在step1先做判断，确保SBM足够小。
倘若一开始主备延迟就长如30min，而不先做判断直接切换，系统的不可用时间就会长达30min，一般业务都是不能接受的。
系统的不可用时间，是由该数据可靠性优先的策略决定的。也可选择可用性优先的策略，来把这个不可用时间几乎降为0。
可用性优先策略
如果我强行把步骤4、5调整到最开始执行，也就是说不等主备数据同步，直接把连接切到备库B，并且让备库B可以读写，那么系统几乎就没有不可用时间了。
我们把这个切换流程，暂时称作可用性优先流程。这个切换流程的代价，就是可能出现数据不一致的情况。
接下来，我就和你分享一个可用性优先流程产生数据不一致的例子。假设有一个表 t：
CREATE TABLE `t` (
`id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`c` int(11) unsigned DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;
insert into t(c) values(1),(2),(3);
初始化数据后，主库和备库上都是3行数据。接下来，业务人员要继续在表t上执行两条插入语句的命令，依次是：
insert into t(c) values(4);
insert into t(c) values(5);
假设，现在主库上其他的数据表有大量更新，导致主备延迟达到5s。在插入一条c=4的语句后，发起了主备切换。
-
可用性优先策略，且binlog_format=mixed时的切换流程和数据结果。
-
step2：主库A执行完insert，插入了一行数据（4,4），之后开始进行主备切换
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step3：由于主备之间5s延迟，所以备库B还没来得及应用“插入c=4”这个中转日志，就开始接收客户端“插入 c=5”的命令
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step4：备库B插入数据（4,5），并把该binlog发给主库A
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step5：备库B执行“插入c=4”这个中转日志，插入一行数据（5,4）。而直接在备库B执行的“插入c=5”这个语句，传到主库A，就插入一行新数据（5,5）。
最终，A、B上出现两行不一致数据，是由可用性优先流程导致。
若我还是想用可用性优先策略，但设置binlog_format=row，会咋样？
row格式在记录binlog时，会记录新插入的行的所有字段值，所以最后只会有一行不一致。而且两边主备同步的应用线程会报错duplicate key error并停止。即这种情况，B的(5,4)和A的(5,5)这两行数据，都不会被对方执行：
- 可用性优先策略，且binlog_format=row
所以使用row格式，数据不一致更容易被发现。而使用mixed、statement，数据很可能悄悄地就不一致。若你过很久才发现数据不一致，那可能只能删库跑路了。
主备切换的可用性优先策略会导致数据不一致。所以更推荐使用可靠性优先策略。毕竟对数据服务，数据的可靠性 > 可用性。
有没有哪种情况数据的可用性优先级就是更高呢？
有个库的作用是记录操作日志。这时，若数据不一致，可通过binlog修复，而这短暂不一致也不会引发业务问题。
同时，业务系统依赖于这个日志的写入逻辑，若该库不可写，会导致线上业务操作无法执行。
这时候，你可能需要先强行切换，事后再补数据。
事后复盘，想到个改进措施：让业务逻辑不要依赖于这类日志的写入。即日志写入这个逻辑模块应该可降级，比如写到本地文件或另外一个临时库。
这种场景就可以使用可靠性优先策略了。
按可靠性优先，异常切换会是什么效果？
假设，主库A和备库B间的主备延迟是30min，这时主库A掉电，HA系统要切换B作为主库。在主动切换时，可以等到主备延迟小于5s时，再启动切换，但这时已经别无选择了。
- 可靠性优先策略，主库不可用
采用可靠性优先策略，必须得等到备库B的SBM=0后，才能切换。但现在比刚刚更严重，并不是系统只读、不可写，而是系统处于完全不可用。因为，主库A掉电后，我们的连接还没有切到备库B。
- 能否直接切换到备库B，但保持B只读？
不行。因为，这段时间内，中转日志还没有应用完成，若直接发起主备切换，客户端查询看不到之前执行完成的事务，会认为有“数据丢失”。
虽然随着中转日志的继续应用，这些数据会恢复回来，但对于一些业务，查询到“暂时丢失数据的状态”不能被接受。
在满足数据可靠性的前提下，MySQL高可用系统的可用性，依赖于主备延迟。延迟越小，在主库故障时，服务恢复需要时间越短，可用性越高。