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15 MySQL 复制:最简单也最容易配置出错

从今天开始,我们正式进入高可用架构的设计环节。

在前两个模块中,我们学习了 MySQL 架构中的表结构设计、索引设计。对业务开发的同学来说,掌握这些内容已经能很好地面向业务逻辑进行编码工作了。

但是业务需要上线,所以除了表和索引的结构设计之外,你还要做好高可用的设计。因为在真实的生产环境下,如果发生物理硬件故障,没有搭建高可用架构,会导致业务完全不可用。

而这在海量并发访问的互联网业务中完全不敢想象。所以除了业务架构,还要做好可用性的架构设计。

这一讲,我们就来学习 MySQL 高可用架构中最基础、最为核心的内容:MySQL 复制(Replication)。

MySQL 复制架构

数据库复制本质上就是数据同步。MySQL 数据库是基于二进制日志(binary log)进行数据增量同步,而二进制日志记录了所有对于 MySQL 数据库的修改操作。

在默认 ROW 格式二进制日志中,一条 SQL 操作影响的记录会被全部记录下来,比如一条 SQL语句更新了三行记录,在二进制日志中会记录被修改的这三条记录的前项(before image)和后项(after image)。

对于 INSERT 或 DELETE 操作,则会记录这条被插入或删除记录所有列的信息,我们来看一个例子:

DELETE FROM orders_test 

WHERE o_orderdate = '1997-12-31';

Query OK, 2482 rows affected (0.07 sec)

可以看到,上面这条 SQL 执行的是删除操作,一共删除了有 2482 行记录。可以在 mysql 命令行下使用命令 SHOW BINLOG EVENTS 查看某个二进制日志文件的内容,比如上述删除操作发生在二进制日志文件 binlog.000004 中,你可以看到:

Drawing 0.png

通过 MySQL 数据库自带的命令 mysqlbinlog,可以解析二进制日志,观察到更为详细的每条记录的信息,比如:

Drawing 1.png

从图中,你可以通过二进制日志记录看到被删除记录的完整信息,还有每个列的属性,比如列的类型,是否允许为 NULL 值等。

如果是 UPDATE 操作,二进制日志中还记录了被修改记录完整的前项和后项,比如:

Drawing 2.png

在有二进制日志的基础上,MySQL 数据库就可以通过数据复制技术实现数据同步了。而数据复制的本质就是把一台 MySQL 数据库上的变更同步到另一台 MySQL 数据库上。下面这张图显示了当前 MySQL 数据库的复制架构

Drawing 3.png

可以看到,在 MySQL 复制中,一台是数据库的角色是 Master(也叫 Primary),剩下的服务器角色是 Slave(也叫 Standby):

  • Master 服务器会把数据变更产生的二进制日志通过 Dump 线程发送给 Slave 服务器;
  • Slave 服务器中的 I/O 线程负责接受二进制日志,并保存为中继日志;
  • SQL/Worker 线程负责并行执行中继日志,即在 Slave 服务器上回放 Master 产生的日志。

得益于二进制日志,MySQL 的复制相比其他数据库,如 Oracle、PostgreSQL 等,非常灵活,用户可以根据自己的需要构建所需要的复制拓扑结构,比如:

Drawing 4.png

在上图中,Slave1、Slave2、Slave3 都是 Master 的从服务器,而 Slave11 是 Slave1 的从服务器,Slave1 服务器既是 Master 的从机,又是 Slave11 的主机,所以 Slave1 是个级联的从机。同理,Slave3 也是台级联的从机。

在了解完复制的基本概念后,我们继续看如何配置 MySQL 的复制吧。

MySQL 复制配置

搭建 MySQL 复制实现非常简单,基本步骤如下:

  1. 创建复制所需的账号和权限;
  2. 从 Master 服务器拷贝一份数据,可以使用逻辑备份工具 mysqldump、mysqlpump,或物理备份工具 Clone Plugin;
  3. 通过命令 CHANGE MASTER TO 搭建复制关系;
  4. 通过命令 SHOW SLAVE STATUS 观察复制状态。

虽然 MySQL 复制原理和实施非常简单,但在配置时却容易出错,请你务必在配置文件中设置如下配置:

gtid_mode = on

enforce_gtid_consistency = 1

binlog_gtid_simple_recovery = 1

relay_log_recovery = ON

master_info_repository = TABLE 

relay_log_info_repository = TABLE

上述设置都是用于保证 crash safe,即无论 Master 还是 Slave 宕机,当它们恢复后,连上主机后,主从数据依然一致,不会产生任何不一致的问题。

我经常听有同学反馈:MySQL会存在主从数据不一致的情况,请确认上述参数都已配置,否则任何的不一致都不是 MySQL 的问题,而是你使用 MySQL 的错误姿势所致

了解完复制的配置后,我们接下来看一下 MySQL 支持的复制类型。

MySQL复制类型及应用选项

MySQL 复制可以分为以下几种类型:

Drawing 5.png

默认的复制是异步复制,而很多新同学因为不了解 MySQL 除了异步复制还有其他复制的类型,所以错误地在业务中使用了异步复制。为了解决这个问题,我们一起详细了解一下每种复制类型,以及它们在业务中的选型,方便你在业务做正确的选型。

异步复制

在异步复制(async replication)中,Master 不用关心 Slave 是否接收到二进制日志,所以 Master 与 Slave 没有任何的依赖关系。你可以认为 Master 和 Slave 是分别独自工作的两台服务器,数据最终会通过二进制日志达到一致。

异步复制的性能最好,因为它对数据库本身几乎没有任何开销,除非主从延迟非常大,Dump Thread 需要读取大量二进制日志文件。

如果业务对于数据一致性要求不高,当发生故障时,能容忍数据的丢失,甚至大量的丢失,推荐用异步复制,这样性能最好(比如像微博这样的业务,虽然它对性能的要求极高,但对于数据丢失,通常可以容忍)。但往往核心业务系统最关心的就是数据安全,比如监控业务、告警系统。

半同步复制

半同步复制要求 Master 事务提交过程中,至少有 N 个 Slave 接收到二进制日志,这样就能保证当 Master 发生宕机,至少有 N 台 Slave 服务器中的数据是完整的。

半同步复制并不是 MySQL 内置的功能,而是要安装半同步插件,并启用半同步复制功能,设置 N 个 Slave 接受二进制日志成功,比如:

plugin-load="rpl_semi_sync_master=semisync_master.so;rpl_semi_sync_slave=semisync_slave.so"

rpl-semi-sync-master-enabled = 1

rpl-semi-sync-slave-enabled = 1

rpl_semi_sync_master_wait_no_slave = 1

上面的配置中:

  • 第 1 行要求数据库启动时安装半同步插件;
  • 第 2、3 行表示分别启用半同步 Master 和半同步 Slave 插件;
  • 第 4 行表示半同步复制过程中,提交的事务必须至少有一个 Slave 接收到二进制日志。

在半同步复制中,有损半同步复制是 MySQL 5.7 版本前的半同步复制机制,这种半同步复制在Master 发生宕机时,Slave 会丢失最后一批提交的数据,若这时 Slave 提升(Failover)为Master,可能会发生已经提交的事情不见了,发生了回滚的情况。

有损半同步复制原理如下图所示:

Drawing 6.png

可以看到,有损半同步是在 Master 事务提交后,即步骤 4 后,等待 Slave 返回 ACK,表示至少有 Slave 接收到了二进制日志,如果这时二进制日志还未发送到 Slave,Master 就发生宕机,则此时 Slave 就会丢失 Master 已经提交的数据。

而 MySQL 5.7 的无损半同步复制解决了这个问题,其原理如下图所示:

Drawing 7.png

从上图可以看到,无损半同步复制 WAIT ACK 发生在事务提交之前,这样即便 Slave 没有收到二进制日志,但是 Master 宕机了,由于最后一个事务还没有提交,所以本身这个数据对外也不可见,不存在丢失的问题。

所以,对于任何有数据一致性要求的业务,如电商的核心订单业务、银行、保险、证券等与资金密切相关的业务,务必使用无损半同步复制。这样数据才是安全的、有保障的、即使发生宕机,从机也有一份完整的数据。

多源复制

无论是异步复制还是半同步复制,都是 1 个 Master 对应 N 个 Slave。其实 MySQL 也支持 N 个 Master 对应 1 个 Slave,这种架构就称之为多源复制。

多源复制允许在不同 MySQL 实例上的数据同步到 1 台 MySQL 实例上,方便在 1 台 Slave 服务器上进行一些统计查询,如常见的 OLAP 业务查询。

多源复制的架构如下所示:

Drawing 8.png

上图显示了订单库、库存库、供应商库,通过多源复制同步到了一台 MySQL 实例上,接着就可以通过 MySQL 8.0 提供的复杂 SQL 能力,对业务进行深度的数据分析和挖掘。

延迟复制

前面介绍的复制架构,Slave 在接收二进制日志后会尽可能快地回放日志,这样是为了避免主从之间出现延迟。而延迟复制却允许Slave 延迟回放接收到的二进制日志,为了避免主服务器上的误操作,马上又同步到了从服务器,导致数据完全丢失。

我们可以通过以下命令设置延迟复制:

CHANGE MASTER TO master_delay = 3600

这样就人为设置了 Slave 落后 Master 服务器1个小时。

延迟复制在数据库的备份架构设计中非常常见,比如可以设置一个延迟一天的延迟备机,这样本质上说,用户可以有 1 份 24 小时前的快照。

那么当线上发生误操作,如 DROP TABLE、DROP DATABASE 这样灾难性的命令时,用户有一个 24 小时前的快照,数据可以快速恢复。

对金融行业来说,延迟复制是你备份设计中,必须考虑的一个架构部分。

总结

相信学完今天的内容,你一定会对 MySQL 复制技术有一个清晰的了解,认识到复制是数据同步的基础,而二进制日志就是复制的基石。我总结一下今天的重点:

  1. 二进制日志记录了所有对于 MySQL 变更的操作;
  2. 可以通过命令 SHOW BINLOG EVENTS IN … FROM … 查看二进制日志的基本信息;
  3. 可以通过工具 mysqlbinlog 查看二进制日志的详细内容;
  4. 复制搭建虽然简单,但别忘记配置 crash safe 相关参数,否则可能导致主从数据不一致;
  5. 异步复制用于非核心业务场景,不要求数据一致性;
  6. 无损半同步复制用于核心业务场景,如银行、保险、证券等核心业务,需要严格保障数据一致性;
  7. 多源复制可将多个 Master 数据汇总到一个数据库示例进行分析;
  8. 延迟复制主要用于误操作防范,金融行业要特别考虑这样的场景。