SQL进阶理论篇（十七）：数据库主从同步的原理
文章目录
- 简介
- 为什么需要主从同步
- 主从同步的原理
- 总结
- 参考文献
简介
以MySQL数据库为例，在实际生产中，我们会如何对MySQL数据库进行性能优化呢？
比如说配合上Redis做缓存。Redis是一种高性能的内存数据库，而MySQL是一种基于磁盘文件的关系型数据库。Redis胜在读取速度极快，而MySQL虽然读取慢，但是可以持久化。因此实际工作中，我们经常将Redis作为缓存与MySQL配合使用。
当有数据请求进来时，会先从Redis里进行缓存查找，如果存在就直接取出，这样就不用再访问数据表，从而提升了读取的效率，也减少了后端数据库的访问压力。
基于Redis的这种缓存架构，是高并发架构中常用的一环。
除此之外，我们也可以对MySQL做主从架构进行读写分离，让主服务器（Master）处理写请求，从服务器（Slave）处理读请求，以此提升数据库的并发处理能力。
本节将会从以下几个方面来了解主从同步：
- 主从同步的作用
- 主从同步的原理和常见的问题
为什么需要主从同步
首先我们需要知道，并不是所有的应用都适合对数据库进行主从架构的设置，毕竟架构本身是有成本的。
如果你的目的是提升数据库并发访问的效率，那么首先应该做的是优化你的查询SQL和索引，这种方式简单且非常高效。其次才是采用缓存的策略，如引进Redis，利用Redis的高性能查询优势，将热数据保存在内存中，提升读取的效率。最后才是对数据库进行主从架构，进行读写分离。
上面三种方案，使用和维护的成本是由低到高的。
主从同步的设计在提高数据库吞吐量的同时，还有以下3个方面的作用。
- 读写分离
通过主从复制的方式来同步数据，通过读写分离来提高数据库的并发处理能力。
简单的说，就是一份数据被放在了多个数据库里，其中一个数据库是主库Master，负责所有写操作，其他的数据库是从库Slave，负责所有读操作。
当主库的数据被更新后，会自动的将数据同步到所有的从库。而我们通过客户端提交的数据读取申请，都会由从库来处理。这就是读写分离。
读写分离在互联网领域的作用很明显。因为互联网的应用大多是"读多写少"，所以采用读写分离的方式，可以实现更高的并发访问。
原先所有的读写压力都是由一台服务器来承担，现在加入了多个兄弟来帮助它处理读请求，大大降低了主服务器的负担。同时提高了写和读流程的性能。
另外，我们还可以对从库做负载均衡，按策略将不同的读请求均匀的分配给不同的从库，进一步提升了读流程的性能。
而且，读写分离的架构下，也减少了锁表的影响，主库的写锁肯定是影响不到从库的读的。
- 数据备份
基于主从复制，将主库的数据复制到从库，相当于是一种热备份机制，即在不影响主库运行的情况下做的备份。更加保障安全。
- 高可用性
当主服务器出现故障或者宕机的情况下，可以迅速将一个从服务器切换成主服务器来履行职能，从而保障服务的正常运行，大大提高了容灾性。
关于高可用性的程度，确实是有一个指标可以来度量：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 5.256 分钟。而且这5分钟里还包含了日常维护时的停机时间、系统崩溃时间等。
所以，更高的可用性，意味着更高的成本代价。日常生产中应该酌情选择。
主从同步的原理
首先我们需要了解数据库中的一个极其重要的日志文件，即binlog二进制日志，它记录了数据库所有更新的事件，
主从同步，就是基于binlog进行同步。在主从复制的过程中，存在3个线程，一个是主库线程，另外两个是从库线程。
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，主库会将二进制日志发送给从库。而主库在读取更新事件时，则会将binlog上锁，待更新事件完成后，再将锁打开（考虑到数据一致性）。
从库IO线程用于连接主库，向主库发送更新binlog的请求。之后从库IO线程就可以读取到主库二进制日志转储线程发送过来的binlog，并拷贝到本地形成中继日志（Relay log）。
接着就是最后一个线程，从库SQL线程登场。它会读取从库保存下来的中继日志，并且执行日志中的更新事件，即将主库的更新事件在从库上再来一遍，从而使得从库的数据跟主库保持一致。
因此，主从同步的内容，实际上就是二进制日志（binlog）。
虽然叫做二进制日志，但它内部存储的是一个一个事件（Event），这些事件分别对应着数据库的更新操作，如insert、update和delete等。
另外，有的版本的MySQL默认是关闭二进制日志的，因此在进行主从同步的架构时，需要先检查服务器是否已经开启了二进制日志。
接着我们考虑一个问题，既然主从同步传输的是一个文件，那么进行传输的过程中必定是有网络延迟的，那么这个时间里，用户读取的从库数据就不是最新数据了，跟主库数据不一致，这种情况下该怎么办呢？
下一节会简单介绍一下这个问题。
总结
在配置主从架构的时候，如果想要采取读取分离的策略，可以选择自己编写程序，也可以通过第三方的中间件来实现。
自己编写程序还是有好处的，比如说我们可以自行判断什么样的查询可以在主库上，什么样的查询可以在什么样的从库上等。
中间件的话，胜在全面稳定，且使用简单，当然，在客户端和数据库之间添加一层中间件势必会带来一些性能的损耗，而且好用的商业中间件也是有成本的。开源的中间件的话，可以看看MaxScale，是MariaDB开发的MySQL数据中间件。如下图，使用MaxScale作为数据库的代理，通过路由转发来完成读写分离。同时配合上MHA工具来作为主从切换的工具（保障容灾），从而完成MySQL的高可用架构。
参考文献
- 35丨数据库主从同步的作用是什么，如何解决数据不一致问题？