MySQL主从复制

第18章_主从复制

主从复制概述

( 1 )首先, MySQL主库在事务提交时会把数据变更作为事件 Events 记录在二进制日志文件Binlog中; MySQL主库上的 sync_binlog参数控制 Binlog日志刷新到磁盘。

( 2 )主库推送二进制日志文件 Binlog中的事件到从库的中继日志 Relay Log, 之后从库根据中继日志 Relay Log重做数据变更操作, 通过逻辑复制以此来达到主库和从库的数据一致。

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。

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。

**第一个作用：读写分离。**我们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库，负责写入数据，我们称之为：写库。

其他的都是Salve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。

**第2个作用就是数据备份。**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。

**第3个作用是具有高可用性。**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

Salve会从Master读取binlog来进行数据同步。

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。

注意：

不是所有版本的MySQL都默认开启服务器的二进制日志（binlog）。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

步骤1：Master将写操作记录到二进制日志（binlog）。这些记录叫做二进制日志事件(binary log events)；
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（因为写的时候是写入主库，而查询的的时候是查从库，进行同步是需要时间的，所以就可能出现问题）

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

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：

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 )

说明：前面我们讲过如何克隆一台CentOS。大家可以在一台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：①MAC地址②hostname③IP 地址④UUID。

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

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=atguigu-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

重启后台mysql服务，使配置生效。

注意:

先搭建完主从复制，再创建数据库。

MySQL主从复制起始时，从机不继承主机数据。

binlog格式设置：

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

#[可选]设置binlog格式
binlog_format=STATEMENT

每一条会修改数据的sql语句都会记录到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binlog日志量，文件较少

• 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-base 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 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。

从机配置

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

主机：建立账户并授权（步骤一定要小心）

#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';

# 刷新权限
flush privileges;

注意：在从机执行show slave status\G时报错：

Last_IO_Error: error connecting to master ‘[email protected]:3306’ - retry-time: 60 retries: 1
message: Authentication plugin ‘caching_sha2_password’ reported error: Authentication requires
secure connection

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。

查看slave用户的权限

mysql> show grants for 'slave1'@'%';
+------------------------------------+
| Grants for slave1@%                |
+------------------------------------+
| GRANT USAGE ON *.* TO `slave1`@`%` |
+------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

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='192.168.60.10',MASTER_USER='slave1',MASTER_PASSWORD='123456',MASTER_LOG_FILE='atguigu-bin.000005',MASTER_LOG_POS=157;

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ohJyF7NC-1650286087507)(C:/Users/losser/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20220415154413542.png)]

这下面的是出错的情况

步骤2：

#启动slave同步
START SLAVE;

如果报错：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-X2TR09iS-1650286087508)(C:/Users/losser/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20220415154547879.png)]

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。

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;

*************************** 1. row ***************************
               Slave_IO_State: Waiting for source to send event
                  Master_Host: 192.168.60.10
                  Master_User: slave1
                  Master_Port: 3306
                Connect_Retry: 60
              Master_Log_File: atguigu-bin.000006
          Read_Master_Log_Pos: 157
               Relay_Log_File: mysql-relay.000008
                Relay_Log_Pos: 377
        Relay_Master_Log_File: atguigu-bin.000006
             Slave_IO_Running: Yes
            Slave_SQL_Running: Yes
              Replicate_Do_DB: 
          Replicate_Ignore_DB: 
           Replicate_Do_Table: 
       Replicate_Ignore_Table: 
      Replicate_Wild_Do_Table: 
  Replicate_Wild_Ignore_Table: 
                   Last_Errno: 0
                   Last_Error: 
                 Skip_Counter: 0
          Exec_Master_Log_Pos: 157
              Relay_Log_Space: 754
              Until_Condition: None
               Until_Log_File: 
                Until_Log_Pos: 0
           Master_SSL_Allowed: No
           Master_SSL_CA_File: 
           Master_SSL_CA_Path: 
              Master_SSL_Cert: 
            Master_SSL_Cipher: 
               Master_SSL_Key: 
        Seconds_Behind_Master: 0
Master_SSL_Verify_Server_Cert: No
                Last_IO_Errno: 0
                Last_IO_Error: 
               Last_SQL_Errno: 0
               Last_SQL_Error: 
  Replicate_Ignore_Server_Ids: 
             Master_Server_Id: 1
                  Master_UUID: b4ef0c03-9b7b-11ec-9d1a-000c29f23a24
             Master_Info_File: mysql.slave_master_info
                    SQL_Delay: 0
          SQL_Remaining_Delay: NULL
      Slave_SQL_Running_State: Replica has read all relay log; waiting for more updates
           Master_Retry_Count: 86400
                  Master_Bind: 
      Last_IO_Error_Timestamp: 
     Last_SQL_Error_Timestamp: 
               Master_SSL_Crl: 
           Master_SSL_Crlpath: 
           Retrieved_Gtid_Set: 
            Executed_Gtid_Set: 
                Auto_Position: 0
         Replicate_Rewrite_DB: 
                 Channel_Name: 
           Master_TLS_Version: 
       Master_public_key_path: 
        Get_master_public_key: 0
            Network_Namespace: 
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

ERROR: 
No query specified

测试

主机创建表

从机也会同步创建表

主机插入两条数据

从机也会插入两条数据

停止主从同步

• 停止主从同步

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)

后续

搭建主从复制：双主双从

一个主机m1用于处理所有写请求，它的从机s1和另一台主机m2还有它的从机s2负责所有读请求。当m1主机宕机后，m2主机负责写请求,m1、m2互为备机。架构图如下：

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)；

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。

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。

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。

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。

方法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。

方法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。

方法3：组复制

异步复制和半同步复制都无法最终保证教据的一致性问题，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。

知识延伸

在主从架构的配置中，如果想要采取读写分离的策略，我们可以自己编写程序，也可以通过第三方的中 间件来实现。

• 自己编写程序的好处就在于比较自主，我们可以自己判断哪些查询在从库上来执行，针对实时性要
  求高的需求，我们还可以考虑哪些查询可以在主库上执行。同时，程序直接连接数据库，减少了中
  间件层，相当于减少了性能损耗。
• 采用中间件的方法有很明显的优势，功能强大， 使用简单。但因为在客户端和数据库之间增加了
  中间件层会有一些性能损耗，同时商业中间件也是有使用成本的。我们也可以考虑采取一些优秀的
  开源工具。

①Cobar属于阿里B2B事业群，始于2008年，在阿里服役3年多，接管3000+个MySQL数据库的
schema,集群日处理在线SQL请求50亿次以上。由于Cobar发起人的离职，Cobar停止维护。

②Mycat是开源社区在阿里cobar基础上进行二次开发，解决了cobar存在的问题，并且加入了许
多新的功能在其中。青出于蓝而胜于蓝。

③OneProxy基于MySQL官方的proxy思想利用c语言进行开发的，OneProxy是一款商业 收费 的中
间件。舍弃了一些功能，专注在 性能和稳定性上 。

④ kingshard由小团队用go语言开发，还需要发展，需要不断完善。

⑤ Vitess是Youtube生产在使用，架构很复杂。不支持MySQL原生协议，使用需要大量改造成本。

⑥Atlas是360团队基于mysql proxy改写，功能还需完善，高并发下不稳定。

⑦MaxScale是mariadb（MySQL原作者维护的一个版本） 研发的中间件

⑧ MySQLRoute是MySQL官方Oracle公司发布的中间件

主备切换：

• 主动切换
• 被动切换
• 如何判断主库出问题了？如何解决过程中的数据不一致性问题？