在实际工作中,我们常常将redis作为缓存与MySQL配合使用,当有请求的时候,首先会从缓存中进行查找,如果存在就直接取出。如果不存在访问数据库,这样就提升了读取的效率,也减少了对后端数据库的访问压力。Redis的缓存架构是 高并发架构 中非常重要的一环。
此外,一般应用对数据库而言都是 “读多写少”,也就是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计,毕竟设计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的访问效率,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。
按照上面的方式进行优化,使用和维护的成本是由低到高。
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master主库,负责写入数据,我们称之为:写库。
其他的都是slave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,我们还能对服务器进行负载均衡,让不同的读请求按照策略均匀的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数据的读取
第二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。
第三个作用就是具有高可用性。数据备份实际上是一种冗余机制,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。
关于高可用性的成程度,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99.99%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*(1-99.99%) = 5.256分钟(含系统奔溃时间,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。
slave会从master读取binlog来进行数据同步。
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是一个主线程。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,当主库读取事件的时候,会在binlog上加锁,读取完成之后,在将锁释放掉。
从库 io线程会链接到主库,向主库发送请求更新binlog。这是从库的io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。
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。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。
除非特殊执行,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,是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。这些记录叫做二进制日志事件。
步骤2:slave将master的binary log events拷贝他的中继日志
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复制是异步而且是串行化的,而且重启后从接入点开始复制。
复制最大的问题:延时。
~ 每个slave只有一个master
~ 每个slave只能有一个唯一的服务器
~ 每个master可以有多个slave
一台主机用于处理所有写的请求,一台从机负责所有读请求,架构图如下:
1. 准备2台centso虚拟机
2. 每台虚拟机上需要安装好MySQL
此外,克隆的方式生成的虚拟机,mysql server的uuid相同,必须修改,否则在某些场景会报错。
修改MySQLserver的uuid方式:
vim /var/lib/mysql/auto.cnf
建议mysql版本一致且后台以服务运行,主从所有配置项在[mysqld]节点下,且都是小写字母。
具体参数配置如下:
~ 必选
# 主服务器唯一id
server-id =1
# 必选启用二进制日志,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
# 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,在创建数据库
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)
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:
1. 历史悠久,技术成熟
2. 不需要记录每一行的变化,减少了binlog日志量文件较小
3. 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
4. binlog可以用于实现的还原,而不仅仅用于复制
5. 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缺点:
1. 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() (除非启动时启动了 --sysdate-is-now 选项)
1 . insert...select 会产生比RBR更多的行级锁
2. 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
3. 对于有auto_increment 字段的innodb表而言,insert语句会阻塞其他的insert语句。
4. 对于一些复杂的语句,在从服务器上的消耗资源情况会更严重,而RBR模式下,只会对哪个发生变化的记录产生影响。
5. 执行复杂语句如果出错的话,会消耗更多资源
6. 数据表必须几乎和主服务器保持一直才行,否则可能会导致复制出错
2) 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,仅记录那条数据被修改了,修改成什么样子了。
~ RBR的有点:
1. 任何情况下都可以被复制,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国政,function,trigger的调用和出发无法被正确复制的问题)
2. 多数情况下,从服务器上的表如果又主键的话,复制就会快了很多
3. 复制以下几种语句的行锁更少: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。
4. 执行insert,update,delete语句时锁更少。
5. 从服务器上采用 多线程 来执行复制称为可能
~ RBR缺点:
1. binlog大了很多
2. 复杂的回滚是binlog中会包含大量的数据
3. 主服务器上执行update语句时,所有发生变化的记录都回写到binlog中,而SBR只会写一次,这会导致频繁发生binlog的并发写问题
4. 无法从binlog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,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语句的sql来区分对待记录的日志形成,也就是在Statement和Row之间选择一种。
要求主从所有配置都配置在my.cnf中。
必选
server-id=2
可选
# 启用中继日志
relay-log=mysql-relay
重启后台mysql服务,使配置生效。
# 在主机MySQL里执行授权主从复制的命令 5.7版本
# 创建账户,并赋予主从复制权限 GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave'@'从机数据库IP' IDENTIFIED BY 'abc123'; # 刷新权限 flush privileges;
范例:
创建名为 slave1 用户,密码为123456,任何ip都能访问,用户权限为复制权限。
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@'%' IDENTIFIED BY '123456';
# 查看master状态,并记录下file(binlog日志文件)和position值
执行完此语句后,尽量不要在操作主数据库了,不然position数据和日志文件变动,又需要重复查看。
步骤一:从机上复制主机命令
CHANGE MASTER TO MASTER_HOST='主机的ip', MASTER_USER='主机的用户名', MASTER_PASSWORD='主机用户名密码', MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.具体数字', MASTER_LOG_POS=具体值;
举例:
CHANGE MASTER TO MASTER_HOST='192.168.112.128',MASTER_USER='slave1',MASTER_PASSWORD='123456',MASTER_LOG_FILE='atguigu-bin.000003',MASTER_LOG_POS=154;
步骤二:
开启主从同步
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。
reset slave; # 删除slave数据库的relaylog日志文件,并重新启用新的relaylog而文件。
接着同步状态:
显示如下的情况,就是不正确的。可能错误的原因又:
1. 网络不通
2. 账户密码错误
3. 防火墙
4. mysql配置文件有问题
5. 连接服务器时语法
6. 主服务器mysql权限
步骤三:主服务器插入数据
这里插入了一个主机名变量,查询主机数据为master
查询从机数据为
主机新建库,新建表,insert记录,从机复制:
CREATE DATABASE atguigu_master_slave;
CREATE TABLE mytb1(id int, name varchar(16));
INSERT INTO mytb1 values(1, 'zhangsan');
INSERT INTO mytb1 values(2, @@hostname);
停止主从同步:
stop slave;
查看主从同步是否停止
# 开启同步
start salve;
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binlog文件,并将日志文件索引文件清空,重新开始所有的新日志文件。(慎用)
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负责所有的读请求。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:
主从同步的要求:
1. 读库和写库的数据一致;
2. 写数据必须写到写库;
3. 读数据必须到读库(不一定)
进行主从同步的内容是二进制日志,他是一个文件,在继续行网络传输的过程中一定会存在主从延迟,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。
举例:导致主从延迟的事件点主要包括一下三个:
1. 主库A执行完成一个事务,写入binlog,我们把这个时刻记为T1
2. 之后传给从库B,我们把从库B接受完这个binlog的时刻记为T2
3. 从库B执行完成这个事务,我们把这个时刻记为T3
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。
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。但这时候从库的作用就是备份,并没有起到读写分离,分担主库读的压力。
读写分离情况下,解决主从同步数据不一致的问题,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,但可能会存在宕机,而binlog还没有同步到从库情况,也就是此时的主库和从库数据不一致。这时候从库种选择一个作为新主,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binlog,并且写入到中继日志中,在返回给客户端。
这样做的好处就是提高了数据的一致性,当然相比与异步复制来说,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数据的一致性问题,半同步复制时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的要求高的场景,比如金融领域。MGR很好的弥补了这两种复制模式的不足。
组复制技术,简称MGR。是mysql5.7.17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,在执行读写事务的时候,需要通过一致性协议层的痛殴一,也就是读写事务想要提交,必须要经过组里“大多数人”的统一,大多数指的是同意的节点数量要大于(N/2+1), 这样才可以进行提交,而不是原发起方一个说了算。而战队 只读 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,他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源自消息和全局有序消息
,从而保证组内数据的一致性。
MGR将MySQL带入了一个数据强一致的时代,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算法提出来之后就作为 分布式一致性算法 被广泛应用。
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,我们可以自己判断那些查询在从库上来执行,针对实时性要求高的需求,我们还可以考虑那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。
~ 采用中间件的方式有很明显的优势,功能强大,使用简单。但因为在哭护短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。我们也可以考虑采用一些优秀的开源工具。
mycat中间件架构:
~ 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行问题?