MySQL 的主从架构

数据库主从概念、优点及用途

主从数据库中主是主库的意思，从是从库的意思。数据库主库对外提供读写操作，从库对外提供读操作。

数据库为什么需要主从架构呢？

• 高可用，实时灾备，用于故障切换。比如主库挂了，可以切从库
• 读写分离，提供查询服务，减少主库压力，提升性能
• 备份数据，避免影响业务

数据库主从复制原理

1. 主数据库有个 binlog 二进制文件，记录了所有增删改的 SQL 语句（binlog 线程）
2. 从数据库把主数据库的 binlog 文件的 SQL 语句复制到自己的中继日志 relay log 中（I/O 线程）
3. 从数据库的 relay log 重做日志文件，再执行一次这些 SQL 语句（SQL 执行线程）

上述主从复制过程分了五个步骤进行：

1. 主库的更新 SQL（update、insert、delete）被写到 binlog
2. 从库发起连接，连接到主库
3. 此时主库创建一个 binlog dump thread，把 binlog 的内容发送到从库
4. 从库启动之后，创建一个 I/O 线程，读取主库传过来的 binlog 内容并写入到 relay log
5. 从库还会创建一个 SQL 线程，从 relay log 里面读取内容，从 ExecMasterLog_Pos 位置开始执行读取到的更新事件，将更新内容写入 slave 的 db 中

主主、主从、主备的区别？

• 数据库主主：两台都是主数据库，同时对外提供读写操作。客户端可以访问任意一台。数据存在双向同步。

• 数据库主从：一台是主数据库，对外提供读写操作。一台是从数据库，对外提供读的操作。数据从主库同步到从库。

• 数据库主备：一台是主数据库，对外提供读写操作。一台是备库，只作为备份使用，不对外提供读写，一旦主机挂了它就取而代之。数据从主库同步到备库。

从库和备库，就是 slave 库的功能不同，因此叫法才不一样。一般 slave 库都会对外提供读的功能，因此大家日常听得比较多就是主从。

MySQL 是怎么保证主从一致的？

我们学习数据库的主从复制原理后，了解到从库在拿到并执行主库的 binlog 日志后，就可以保持与主库数据一致了。

这是为什么呢？哪些情况下又会导致数据不一致呢？

长连接

主库和从库在同步数据的过程中为了防止中断导致数据丢失，主库与从库之间维持了一个长连接，主库内部有一个线程，专门服务于从库的这个长连接。

binlog 日志格式

binlog 日志有三种格式，分别是 statement、row 和 mixed。

如果是 statement 格式，binlog 里记录的是 SQL 的原文。如果主库和从库选的索引不一致，就有可能会导致数据不一致。

假设主库执行 SQL 语句（其中 a 和 create_time 都有索引）。

delete from t where a > '666' and create_time < '2022-03-01' limit 1;

我们知道，MySQL 选择 a 索引和选择 create_time 索引，最后 limit 1 出来的数据有可能是不一样的。

所以就会存在这种情况：在 statement 格式下，主库在执行这条 SQL 语句时，使用的是索引 a，而从库在执行这条 SQL 语句时，使用的是索引 create_time，最后主从数据就不一致了。

那么如何解决这个问题呢？

可以把 binlog 日志格式修改为 row。

row 格式下的 binlog 日志，记录的不是 SQL 原文，而是两个 event：Table_map 和 Delete_rows。

Table_map event 说明要操作的表；Delete_rows event 用于定义要删除的行为，记录删除的具体行数。row 格式的 binlog 记录的就是要删除的主键 id 信息，因此不会出现主从不一致的问题。

如果 SQL 语句要删除 10 万行的数据呢？

使用 row 格式就会很占空间，况且 10 万条数据都在 binlog 里面，写 binlog 的时候也很耗 I/O，但是 statement 格式的 binlog 又有可能会导致数据的不一致。

因此 MySQL 提供了一个折中的方案，mixed 格式的 binlog。所谓 mixed 格式其实就是 row 和 statement 格式的混合使用，当 MySQL 判断可能会出现数据不一致时，就使用 row 格式，否则就使用 statement 格式。

数据库主从延迟的原因以及解决方案

主从延迟是怎么定义的呢？与主从数据同步相关的时间点有三个：

• 主库执行完一个事务，写入 binlog，我们把这个时刻记为 T1
• 主库同步数据给从库，从库接收完这个 binlog 的时刻，记录为 T2
• 从库执行完这个事务，这个时刻记录为T3

所谓主从延迟，其实就是指同一个事务，在从库执行完的时间和在主库执行完的时间的差值，即 T3 - T1。

哪些情况下会导致主从延迟呢？

• 如果从库所在的机器比主库的机器性能差，就会导致主从延迟，这种情况比较好解决，只需让主从库选择一样规格的机器就好
• 如果从库的压力大，也会导致主从延迟。比如因为主库是直接影响业务的，大家可能使用会比较克制，因此一般查询都直接打到从库上了，结果导致从库查询会消耗大量的 CPU，影响同步速度，最后导致主从延迟。这种情况，可以搞一主多从的架构，即多接几个从库分摊读的压力。另外，还可以把 binlog 接入到 Hadoop 这类系统，让它们提供查询的能力
• 大事务也会导致主从延迟。如果一个事务执行就要 10 分钟，那么主库执行完后，给到从库执行，最后这个事务可能就会导致从库延迟 10 分钟。所以在日常开发中，我们特别强调不要一次性执行太多 SQL 语句，需要分批进行，其实也是为了避免大事务。另外，大表的 DDL 语句也会导致大事务
• 网络延迟也会导致主从延迟，这种情况只能优化网络，比如将 20M 带宽升级到 100M 等
• 如果从数据库过多也会导致主从延迟，因此要避免复制的从节点数量过多。从数据库一般以 3~5 个为宜
• 低版本的 MySQL 只支持单线程复制，如果主库并发高，来不及传送到从库，就会导致延迟。可以换用更高版本的 MySQL ，使用多线程复制

数据库高可用方案

• 双机主备高可用
• 一主一从
• 一主多从
• MariaDB 同步多主机集群
• 数据库中间件

双机主备高可用

• 架构描述：两台机器 A 和 B，A 为主库，负责读写，B 为备库，只备份数据。如果 A 库发生故障，B 库成为主库负责读写。故障修复后，A 成为备库，主库 B 同步数据到备库 A
• 优点：一个机器故障了可以自动切换，操作比较简单
• 缺点：只有一个库在工作，读写压力大，不能实现读写分离，并发也有一定限制

一主一从

• 架构描述：两台机器 A 和 B，A 为主库，负责读写，B 为从库，负责读数据。如果 A 库发生故障，B 库成为主库负责读写。故障修复后，A 成为从库，主库 B 同步数据到从库 A
• 优点：从库支持读，分担了主库的压力，提升了并发度。一个机器故障了可以自动切换，操作比较简单
• 缺点：一台从库，并发支持还是不够，并且一共只有两台机器，还是存在同时故障的几率，不够高可用

一主多从

• 架构描述：一台主库多台从库，A 为主库，负责读写，B、C、D 为从库，负责读数据。如果 A 库发生故障，B 库成为主库负责读写，C、D 负责读。故障修复后，A 也成为从库，主库 B 同步数据到从库 A
• 优点：多个从库支持读，分担了主库的压力，明显提升了并发读
• 缺点：只有一台主机写，因此并发写不高

MariaDB 同步多主机集群

• 架构描述：由代理层实现负载均衡，多个数据库可以同时进行读写操作。各个数据库之间可以通过 Galera Replication 方法进行数据同步，理论上每个库的数据是完全一致的
• 优点：读写的并发度都得到明显提升，可以实现任意节点读写，可以自动剔除故障节点，具有较高的可靠性
• 缺点：数据量不支持特别大。要避免大事务卡死。如果集群节点中有一个变慢，其他节点也会跟着变慢

数据库中间件

• 架构描述：Mycat 分片存储，每个分片配置一主多从的集群
• 优点：解决高并发高数据量的高可用方案
• 缺点：维护成本比较大