Mysql主从复制与读写分离

Mysql主从复制与读写分离

一.MySQL主从复制读写分离概念

1.什么是读写分离？

读写分离，基本的原理是让主数据库处理事务性增、改、删操作（INSERT、UPDATE、DELETE），而从数据库处理SELECT查询操作。数据库复制被用来把事务性操作导致的变更同步到集群中的从数据库。

2.为什么要读写分离呢？

因为数据库的“写”（写10000条数据可能要3分钟）操作是比较耗时的。
但是数据库的“读”（读10000条数据可能只要5秒钟）。
所以读写分离，解决的是，数据库的写入，影响了查询的效率。

3.什么时候要读写分离？

数据库不一定要读写分离，如果程序使用数据库较多时，而更新少，查询多的情况下会考虑使用。利用数据库主从同步，再通过读写分离可以分担数据库压力，提高性能。

4.主从复制与读写分离

在实际的生产环境中，对数据库的读和写都在同一个数据库服务器中，是不能满足实际需求的。无论是在安全性、高可用性还是高并发等各个方面都是完全不能满足实际需求的。因此，通过主从复制的方式来同步数据，再通过读写分离来提升数据库的并发负载能力。有点类似于rsync，但是不同的是rsync是对磁盘文件做备份，而mysql主从复制是对数据库中的数据、语句做备份。

5.复制的功用

• 负载均衡读操作
• 备份
• 高可用和故障切换
• 数据分布
• MySQL升级

6.复制架构

一主一从复制架构 读写分离

一主多从复制架构

7.主从复制原理

主从复制原理：
1主节点负责用户的写操作，用户发起写操作后，会修改数据库
2.数据库修改后，会更新主节点上的二进制日志
3.主服务器会产生一个  dump线程， 一边读取二进制日志一边将二进制日志通过 网络传给从服务器
4.从服务器会开启io线程，接收主服务器的二进制日志
5 会写入中继日志，这时只是生成了一个文件，并没有同步
6.从服务器再开启  sql线程将 中继日志中  操作写入数据库完成更新

主从复制相关线程

主节点：

dump Thread：为每个Slave的I/O Thread启动一个dump线程，用于向其发送binary log events从节点：

I/O Thread：向Master请求二进制日志事件，并保存于中继日志中

SQL Thread：从中继日志中读取日志事件，在本地完成同步

ack collector Thread： 在5.7版本开启了半同步复制的情况下主会用ack collector线程接收从反馈的确认信息

跟复制功能相关的文件：

• master.info：用于保存slave连接至master时的相关信息，例如账号、密码、服务器地址等

• relay-log.info：保存在当前slave节点上已经复制的当前二进制日志和本地relay log日志的对应关系

• mysql-relay-bin.00000#: 中继日志,保存从主节点复制过来的二进制日志,本质就是二进制日志

中继日志 （relay log）只在主从服务器架构的从服务器上存在。从服务器（slave）为了与主服务器（Master）保持一致，要从主服务器读取二进制日志的内容，并且把读取到的信息写入本地的日志文件中，这个从服务器本地的日志文件就叫中继日志。然后，从服务器读取中继日志，并根据中继日志的内容对从服务器的数据进行更新，完成主从服务器的数据同步。

注：
● 中继日志通常会位于 OS 缓存中，所以中继日志的开销很小。
● 复制过程有一个很重要的限制，即复制在 Slave上是串行化的，也就是说 Master上的并行更新操作不能在 Slave上并行操作。

搭建好主从服务器之后，中继日志默认会保存在从服务器的数据目录下。

文件名的格式是：从服务器名 - relay-bin.序号。中继日志还有一个索引文件：从服务器名 - relay-bin.index，用来定位当前正在使用的中继日志。

8.mysql支持的复制类型

（1）STATEMENT：基于语句的复制。在服务器上执行sql语句，在从服务器上执行同样的语句，mysql默认采用基于语句的复制，执行效率高。
（2）ROW：基于行的复制。把改变的内容复制过去，而不是把命令在从服务器上执行一遍。
（3）MIXED：混合类型的复制。默认采用基于语句的复制，一旦发现基于语句无法精确复制时，就会采用基于行的复制。

9.MySQL 读写分离原理

读写分离就是只在主服务器上写，只在从服务器上读。基本的原理是让主数据库处理事务性操作，而从数据库处理 select 查询。数据库复制被用来把主数据库上事务性操作导致的变更同步到集群中的从数据库。

10.目前较为常见的 MySQL 读写分离分为以下两种：

1）基于程序代码内部实现

在代码中根据 select、insert 进行路由分类，这类方法也是目前生产环境应用最广泛的。
优点是性能较好，因为在程序代码中实现，不需要增加额外的设备为硬件开支；缺点是需要开发人员来实现，运维人员无从下手。
但是并不是所有的应用都适合在程序代码中实现读写分离，像一些大型复杂的Java应用，如果在程序代码中实现读写分离对代码改动就较大。

2）基于中间代理层实现

代理一般位于客户端和服务器之间，代理服务器接到客户端请求后通过判断后转发到后端数据库，有以下代表性程序。
（1）MySQL-Proxy。MySQL-Proxy 为 MySQL 开源项目，通过其自带的 lua 脚本进行SQL 判断。
（2）Atlas。是由奇虎360的Web平台部基础架构团队开发维护的一个基于MySQL协议的数据中间层项目。它是在mysql-proxy 0.8.2版本的基础上，对其进行了优化，增加了一些新的功能特性。360内部使用Atlas运行的mysql业务，每天承载的读写请求数达几十亿条。支持事物以及存储过程。
（3）Amoeba。由陈思儒开发，作者曾就职于阿里巴巴。该程序由Java语言进行开发，阿里巴巴将其用于生产环境。但是它不支持事务和存储过程。
（4）Mycat。是一款流行的基于Java语言编写的数据库中间件，是一个实现了MySql协议的服务器，其核心功能是分库分表。配合数据库的主从模式还可以实现读写分离。

由于使用MySQL Proxy 需要写大量的Lua脚本，这些Lua并不是现成的，而是需要自己去写。这对于并不熟悉MySQL Proxy 内置变量和MySQL Protocol 的人来说是非常困难的。
Amoeba是一个非常容易使用、可移植性非常强的软件。因此它在生产环境中被广泛应用于数据库的代理层。

二.mysql主从复制配置

1.Mysql主从服务器时间同步

##主服务器设置##
yum install ntp -y

vim /etc/ntp.conf
--末尾添加--
server ntp.aliyun.com							#设置时钟源服务器

service ntpd start


##从服务器设置##
yum install ntp ntpdate -y

service ntpd start
/usr/sbin/ntpdate 主服务器网址			#进行时间同步

crontab -e
*/30 * * * * /usr/sbin/ntpdate 主服务器网址

2.主服务器的mysql配置

vim /etc/my.cnf
server-id=11
log-bin=mysql-bin						#添加，主服务器开启二进制日志
binlog_format=mixed
	
#选配项	
expire_logs_days=7						#设置二进制日志文件过期时间，默认值为0，表示logs不过期
max_binlog_size=500M					#设置二进制日志限制大小，如果超出给定值，日志就会发生滚动，默认值是1GB
skip_slave_start=1						#阻止从库崩溃后自动启动复制，崩溃后再自动复制可能会导致数据不一致的
systemctl restart mysqld


进入数据库
mysql -u root -pabc123
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'myslave'@'192.168.82.%' IDENTIFIED BY '123456';			#给从服务器授权
FLUSH PRIVILEGES;

show master status;
//如显示以下
+-------------------+----------+--------------+------------------+
| File              | Position | Binlog_Do_DB | Binlog_Ignore_DB |
+-------------------+----------+--------------+------------------+
| mysql-bin.000002  |    339   |              |                  |
+-------------------+----------+--------------+------------------+
1 row in set (0.00 sec)
#File 列显示日志名，Position 列显示偏移量

3.双1设置

innodb_flush_logs_at_trx_commit=1		#redo log（事务日志）的刷盘策略，每次事务提交时MySQL都会把事务日志缓存区的数据写入日志文件中，并且刷新到磁盘中，该模式为系统默认
sync_binlog=1							#在进行每1次事务提交（写入二进制日志）以后，Mysql将执行一次fsync的磁盘同步指令，将缓冲区数据刷新到磁盘
---------------------------------------------------------------
#"双1设置"适合数据安全性要求非常高，而且磁盘IO写能力足够支持的业务，比如订单、交易、充值、支付消费系统。"双1模式"下，当磁盘IO无法满足业务需求时，比如11.11活动的压力。推荐一下性能较快的设置，并使用带蓄电池后备电源，防止系统断电异常。
innodb_flush_logs_at_trx_commit=2		#每次事务提交时MySQL都会把日志缓存区的数据写入日志文件中，但是并不会同时刷新到磁盘上。该模式下，MySQL会每秒执行一次刷新磁盘操作
sync_binlog=500							#在进行500次事务提交以后，Mysql将执行一次fsync的磁盘同步指令，将缓冲区数据刷新到磁盘

4.从服务器配置

vim /etc/my.cnf
server-id = 22								#修改，注意id与Master的不同，两个Slave的id也要不同
relay-log=relay-log-bin						#开启中继日志，从主服务器上同步日志文件记录到本地
relay-log-index=relay-log-bin.index			#定义中继日志文件的位置和名称，一般和relay-log在同一目录

#选配项
innodb_buffer_pool_size=2048M		#用于缓存数据和索引的内存大小，让更多数据读写内存中完成，减少磁盘操作，可设置为服务器总可用内存的 70-80%
sync_binlog=0						#MySQL不做任何强制性的磁盘刷新指令，而是依赖操作系统来刷新数据到磁盘
innodb_flush_log_at_trx_commit=2	#每次事务log buffer会写入log file，但一秒一次刷新到磁盘
log-slave-updates=0					#slave 从 master 复制的数据不会写入二进制日志文件里，从库做为其他从库的主库时设置为 1
relay_log_recovery=1				#当 slave 从库宕机后，假如 relay-log 损坏了，导致一部分中继日志没有处理，则自动放弃所有未执行的 relay-log， 并且重新从 master 上获取日志，这样就保证了 relay-log 的完整性。默认情况下该功能是关闭的，将 relay_log_recovery 的值设置为 1 时， 可在 slave 从库上开启该功能，建议开启。

systemctl restart mysqld

进入数据库
mysql -u root -pabc123
CHANGE master to master_host='192.168.82.100',master_user='myslave',master_password='123456',master_log_file='mysql-bin.000002',master_log_pos=339;					#配置同步，注意 master_log_file 和 master_log_pos 的值要与Master查询的一致

start slave;						#启动同步，如有报错执行 reset slave;
show slave status\G					#查看 Slave 状态
//确保 IO 和 SQL 线程都是 Yes，代表同步正常。
Slave_IO_Running: Yes				#负责与主机的io通信
Slave_SQL_Running: Yes				#负责自己的slave mysql进程

5.一般 Slave_IO_Running: No 的可能性

1、网络不通
2、my.cnf配置有问题
3、密码、file文件名、pos偏移量不对
4、防火墙没有关闭

6.MySQL主从复制延迟

1、master服务器高并发，形成大量事务
2、网络延迟
3、主从硬件设备导致
cpu主频、内存io、硬盘io
4、是同步复制、而不是异步复制
从库优化Mysql参数。比如增大innodb_buffer_pool_size，让更多操作在Mysql内存中完成，减少磁盘操作。
从库使用高性能主机。包括cpu强悍、内存加大。避免使用虚拟云主机，使用物理主机，这样提升了i/o方面性。
从库使用SSD磁盘
网络优化，避免跨机房实现同步

7.验证

----验证主从复制效果----
主服务器上进入执行 create database db_test;

去从服务器上查看 show databases;

三.Mysql半同步复制

1.MySQL主从复制的几个同步模式：

1）异步复制（Asynchronous replication）

MySQL默认的复制即是异步的，主库在执行完客户端提交的事务后会立即将结果返给客户端，并不关心从库是否已经接收并处理，这样就会有一个问题，主如果crash掉了，此时主上已经提交的事务可能并没有传到从上，如果此时，强行将从提升为主，可能导致新主上的数据不完整。

2）全同步复制（Fully synchronous replication）

指当主库执行完一个事务，所有的从库都执行了该事务才返回给客户端。因为需要等待所有从库执行完该事务才能返回，所以全同步复制的性能必然会收到严重的影响。

3）半同步复制（Semisynchronous replication）

介于异步复制和全同步复制之间，主库在执行完客户端提交的事务后不是立刻返回给客户端，而是等待至少一个从库接收到并写到relay log中才返回给客户端。相对于异步复制，半同步复制提高了数据的安全性，同时它也造成了一定程度的延迟，这个延迟最少是一个TCP/IP往返的时间。所以，半同步复制最好在低延时的网络中使用。

2.如何配置半同步复制

1）主数据库配置

vim /etc/my.cnf				#在 [mysqld] 区域添加下面内容
......
plugin-load=rpl_semi_sync_master=semisync_master.so			#加载mysql半同步复制的插件
rpl_semi_sync_master_enabled=ON								#或者设置为"1"，即开启半同步复制功能
rpl-semi-sync-master-timeout=1000							#超时时间为1000ms，即1s

systemctl restart mysqld

2）从数据库配置

vim /etc/my.cnf	
......
plugin-load=rpl_semi_sync_slave=semisync_slave.so
rpl_semi_sync_slave_enabled=ON

systemctl restart mysqld

3.查看半同步是否在运行

#主数据库执行
show status like 'Rpl_semi_sync_master_status';
show variables like 'rpl_semi_sync_master_timeout';

#从数据库执行（此时可能还是OFF状态，需要在下一步重启IO线程后，从库半同步状态才会为ON）
show status like 'Rpl_semi_sync_slave_status';

#重启从数据库上的IO线程
STOP SLAVE IO_THREAD;
START SLAVE IO_THREAD;

#在主库查询半同步状态
show status like '%Rpl_semi%';	

参数说明：
Rpl_semi_sync_master_clients              		#半同步复制客户端的个数
Rpl_semi_sync_master_net_avg_wait_time    		#平均等待时间（默认毫秒）
Rpl_semi_sync_master_net_wait_time        		#总共等待时间
Rpl_semi_sync_master_net_waits            		#等待次数
Rpl_semi_sync_master_no_times             		#关闭半同步复制的次数
Rpl_semi_sync_master_no_tx                		#表示没有成功接收slave提交的次数
Rpl_semi_sync_master_status               		#表示当前是异步模式还是半同步模式，on为半同步
Rpl_semi_sync_master_timefunc_failures    		#调用时间函数失败的次数
Rpl_semi_sync_master_tx_avg_wait_time     		#事物的平均传输时间
Rpl_semi_sync_master_tx_wait_time         		#事物的总共传输时间
Rpl_semi_sync_master_tx_waits             		#事物等待次数
Rpl_semi_sync_master_wait_pos_backtraverse		#可以理解为"后来的先到了，而先来的还没有到的次数"
Rpl_semi_sync_master_wait_sessions        		#当前有多少个session因为slave的回复而造成等待
Rpl_semi_sync_master_yes_tx               		#成功接受到slave事物回复的次数

4.半同步与异步的转换

当半同步复制发生超时（由rpl_semi_sync_master_timeout参数控制，默认为10000ms，即10s），会暂时关闭半同步复制，转而使用异步复制，也就是会自动降为异步工作。
当 master dump 线程发送完一个事务的所有事件之后，如果在 rpl_semi_sync_master_timeout 内，收到了从库的响应， 则主从又重新恢复为半同步复制




注：
1) 在一主多从的架构中，如果要开启半同步复制，并不要求所有的从都是半同步复制。
2) MySQL 5.7极大的提升了半同步复制的性能。
5.6 版本的半同步复制，dump thread 承担了两份不同且又十分频繁的任务：传送binlog 给 slave ，还需要等待 slave 反馈信息，而且这两个任务是串行的，dump thread 必须等待 slave 返回之后才会传送下一个 events 事务。dump thread 已然成为整个半同步提高性能的瓶颈。在高并发业务场景下，这样的机制会影响数据库整体的系统吞吐量(TPS)。
5.7 版本的半同步复制中，独立出一个 ack collector thread ，专门用于接收 slave 的反馈信息。这样 master 上有两个线程独立工作，可以同时发送 binlog 到 slave ，和接收 slave 的反馈。

四.搭建 MySQL读写分离

1.Amoeba服务器配置

##安装 Java 环境##
因为 Amoeba 基于是 jdk1.5 开发的，所以官方推荐使用 jdk1.5 或 1.6 版本，高版本不建议使用。
cd /opt/
cp jdk-6u14-linux-x64.bin /usr/local/
cd /usr/local/
chmod +x jdk-6u14-linux-x64
./jdk-6u14-linux-x64.bin
//按yes，按enter

mv jdk1.6.0_14/ /usr/local/jdk1.6

vim /etc/profile
export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.6
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib:$JAVA_HOME/jre/lib
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$JAVA_HOME/jre/bin:$PATH
export AMOEBA_HOME=/usr/local/amoeba
export PATH=$PATH:$AMOEBA_HOME/bin

source /etc/profile
java -version

##安装 Amoeba软件##
mkdir /usr/local/amoeba
tar zxvf amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz -C /usr/local/amoeba/
chmod -R 755 /usr/local/amoeba/
/usr/local/amoeba/bin/amoeba
//如显示amoeba start|stop说明安装成功

##配置 Amoeba读写分离，两个 Slave 读负载均衡##
#先在Master、Slave1、Slave2 的mysql上开放权限给 Amoeba 访问
grant all on *.* to test@'192.168.82.%' identified by '123.com';

#再回到amoeba服务器配置amoeba服务：
cd /usr/local/amoeba/conf/

cp amoeba.xml amoeba.xml.bak
vim amoeba.xml									#修改amoeba配置文件
--30行--
<property name="user">amoeba</property>
--32行-- 
<property name="password">123456</property>
--115行--
<property name="defaultPool">master</property>
--117-去掉注释-
<property name="writePool">master</property>
<property name="readPool">slaves</property>

cp dbServers.xml dbServers.xml.bak
vim dbServers.xml								#修改数据库配置文件
--23行--注释掉  作用：默认进入test库 以防mysql中没有test库时，会报错
<!-- <property name="schema">test</property> -->
--26--修改
<property name="user">test</property>
--28-30--去掉注释
<property name="password">123.com</property>
--45--修改，设置主服务器的名Master
<dbServer name="master"  parent="abstractServer">
--48--修改，设置主服务器的地址
<property name="ipAddress">192.168.82.100</property>
--52--修改，设置从服务器的名slave1
<dbServer name="slave1"  parent="abstractServer">
--55--修改，设置从服务器1的地址
<property name="ipAddress">192.168.82.101</property>
--58--复制上面6行粘贴，设置从服务器2的名slave2和地址
<dbServer name="slave2"  parent="abstractServer">
<property name="ipAddress">192.168.82.102</property>
--65行--修改
<dbServer name="slaves" virtual="true">
--71行--修改
<property name="poolNames">slave1,slave2</property>


/usr/local/amoeba/bin/amoeba start&					#启动Amoeba软件，按ctrl+c 返回
netstat -anpt | grep java							#查看8066端口是否开启，默认端口为TCP 8066

2.测试读写分离

yum install -y mariadb-server mariadb
systemctl start mariadb.service

在客户端服务器上测试：（连接amoeba代理服务器）
mysql -u amoeba -p123456 -h 192.168.82.20 -P8066		
//通过amoeba服务器代理访问mysql ，在通过客户端连接mysql后写入的数据只有主服务会记录，然后同步给从--从服务器

在主服务器上：
use db_test;
create table test (id int(10),name varchar(10),address varchar(20));

在两台从服务器上：
stop slave;											#关闭同步
use db_test;
//在slave1上：
insert into test values('1','zhangsan','this_is_slave1');

//在slave2上：
insert into test values('2','lisi','this_is_slave2');

//在主服务器上：
insert into test values('3','wangwu','this_is_master');

//在客户端服务器上：
use db_test;
select * from test;		//客户端会分别向slave1和slave2读取数据，显示的只有在两个从服务器上添加的数据，没有在主服务器上添加的数据

insert into test values('4','qianqi','this_is_client');		//只有主服务器上有此数据

//在两个从服务器上执行 start slave; 即可实现同步在主服务器上添加的数据
start slave;

五.造成主从不一致的原因

1.原因

• 主库binlog格式为 Statement ，同步到从库执行后可能造成主从不一致。
• 主库执行更改前有执行set sql_log_bin=0，会使主库不记录binlog，从库也无法变更这部分数据。
• 从节点未设置只读，误操作写入数据
• 主库或从库意外宕机，宕机可能会造成binlog或者relaylog文件出现损坏，导致主从不一致
• 主从实例版本不一致，特别是高版本是主，低版本为从的情况下，主数据库上面支持的功能，从数
• 据库上面可能不支持该功能
• MySQL自身bug导致

2.修复方法

1）忽略错误后，继续同步

该方法适用于主从库数据相差不大，或者要求数据可以不完全统一的情况，数据要求不严格的情况
解决：

stop slave;
\#表示跳过一步错误，后面的数字可变
set global sql_slave_skip_counter =1;
start slave;
之后再用mysql> show slave status\G 查看：
Slave_IO_Running: Yes
Slave_SQL_Running: Yes

ok，现在主从同步状态正常了

ok，现在主从同步状态正常了

2）重新做主从，完全同步

该方法适用于主从库数据相差较大，或者要求数据完全统一的情况

1.进入主库，进行表锁，防止数据写入

mysql> flush tables with read lock;

注意：该处是锁定为只读状态，语句不区分大小写

2.进行数据备份

#把数据备份到mysql.bak.sql文件
[root@server01 mysql]#mysqldump -uroot -p -hlocalhost > mysql.bak.sql
这里注意一点：数据库备份一定要定期进行，可以用shell脚本或者python脚本，都比较方便，确保数据万无一失

3.查看master 状态

mysql> show master status;

4.把mysql备份文件传到从库机器，进行数据恢复

#使用scp命令
[root@server01 mysql]# scp mysql.bak.sql [email protected]:/tmp/

5.停止从库的状态

mysql> stop slave;

6.然后到从库执行mysql命令，导入数据备份

mysql> source /tmp/mysql.bak.sql

7.设置从库同步，注意该处的同步点，就是主库show master status信息里的| File| Position两项

change master to master_host = '192.168.82.100', master_user = 'rsync', master_port=3306, master_password='', master_log_file = 'mysqld-bin.00000x', master_log_pos=;

8.重新开启从同步

mysql> stop slave;

9.查看同步状态

mysql> show slave status\G 查看：
Slave_IO_Running: Yes
Slave_SQL_Running: Yes