MySQL原理简介—12.MySQL主从同步

大纲

1.异步复制为MySQL搭建一套主从复制架构

2.半同步复制为MySQL搭建一套主从复制架构

3.GTID为MySQL搭建一套主从复制架构

4.并行复制降低主从同步延迟或强制读主库

1.异步复制为MySQL搭建一套主从复制架构

(1)MySQL主从复制的原理

(2)搭建主从复制架构的配置

(1)MySQL主从复制的原理

一.MySQL主从复制的架构

主库接收增删改操作，把增删改操作BinLog写入本地文件。然后从库发送请求给主库，从主库中拉取BinLog。接着从库会重新执行一遍BinLog的操作，还原出一样的数据。

以MySQL一主两从架构为例，即一个Master节点下有两个Slave节点。其中写请求统一交给Master节点处理，读请求统一交给Slave节点处理。为了保证Slave节点和Master节点的数据一致性，Master节点在写入数据后，同时会把数据复制一份到各个Slave节点上。

在复制过程中一共会使用到三个线程：一个是Binlog Dump线程，位于Master节点上；另外两个线程分别是IO线程和SQL线程，它们都分别位于Slave节点上。如下图示：

二.MySQL主从复制的核心流程

步骤一：当Master节点接收到一个写请求时，该写请求可能是增删改操作。此时会把写请求的操作都记录到BinLog日志中。

步骤二：然后Master节点会把数据复制给Slave节点。这个过程首先要每个Slave节点连接到Master节点上。当Slave节点连接到Master节点上时，Master节点会为每一个Slave节点分别创建一个BinLog Dump线程，每个BinLog Dump线程用于向各个Slave节点发送BinLog日志。

步骤三：BinLog Dump线程会读取Master节点上的BinLog日志，并将BinLog日志发送给Slave节点上的IO线程。

步骤四：Slave节点上的IO线程接收到BinLog日志后，会将BinLog日志先写入到本地的RelayLog中。所以Slave节点的RelayLog日志中就保存了，Master节点的BinLog Dump线程发送过来的BinLog日志。

步骤五：Slave节点上的SQL线程就会来读取RelayLog中的BinLog日志，将其解析成具体的增删改操作。然后把这些在Master节点上进行过的操作，重新在Slave节点上也重做一遍，达到数据还原的效果，这样就可以保证Master节点和Slave节点的数据一致性了。

(2)搭建主从复制架构的配置

搭建时需要两台机器的，一台机器放主库，一台机器放从库。至于主库和从库如何安装和启动，这里不介绍MySQL安装步骤，这里就主要介绍搭建主从复制架构要做的一些配置。

首先要确保主库和从库的server-id是不同的。其次主库必须打开BinLog功能，这样主库才会写BinLog到本地磁盘。接着就可以按如下步骤在主库上执行一通操作了。

步骤一：在主库上创建用于主从复制的账号

mysql> create user 'backup_user'@'192.168.31.%' identified by 'backup_123';
mysql> grant replication slave on *.* to 'backup_user'@'192.168.31.%';
mysql> flush privileges;

步骤二：接着要考虑一个问题，假设主库都跑了一段时间。现在要加一个从库，那从库总不能把主库从0开始的所有binlog都拉一遍。此时应在低峰期让系统对外不可用，对主库和从库进行数据备份和导入。可以使用如下mysqldump工具把主库在这个时刻的数据做一个全量备份，但此时一定不能允许系统操作主库，因为主库的数据此时是不能有变动的。

$ /usr/local/mysql/bin/mysqldump --single-transaction -uroot -proot --master-data=2 -A > backup.sql

注意，mysqldump工具就在MySQL安装目录的bin目录下。然后用上述命令就可以对主库所有的数据都做一个备份，备份会以SQL语句的方式进入指定的backup.sql文件。只要执行这个backup.sql文件，就可以恢复出来跟主库一样的数据。至于上面命令里的--master-data=2，就是为主从复制做准备的，意思是在备份SQL文件里，要记录此时主库的BinLog文件和position号。

步骤三：接着可以通过scp之类的命令把这个backup.sql文件拷贝到从库服务器上。

步骤四：接着转移到从库上去执行，在从库上执行如下命令。把backup.sql文件里的语句都执行一遍，把主库所有的数据还原到从库。接着在从库上执行下面的命令去指定从主库进行复制。

mysql> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST='192.168.31.229', MASTER_USER='backup_user',MASTER_PASSWORD='backup_123',MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000015',MASTER_LOG_POS=1689;

上面的Master机器的IP地址、用于执行复制的用户名和密码都容易知道，但是Master的BinLog文件和position是怎么知道的？这其实就是之前mysqldump导出的backup.sql里的。在执行上述命令前，打开那个backup.sql就可以看到如下内容：

MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000015',MASTER_LOG_POS=1689

然后就把上述内容写入到主从复制的命令里去了。

步骤五：接着执行一个开始进行主从复制的命令：start slave，再用show slave status查看一下主从复制的状态，看到Slave_IO_Running和Slave_SQL_Running都是Yes就说明一切正常了，此时主从开始就复制了。

步骤六：最后就可以在主库插入一条数据，然后在从库查询这条数据。只要能够在从库查到这条数据，就说明主从复制已经成功了。

以上步骤便是最简单的一种主从复制——异步复制。从库异步拉取BinLog来同步，所以会出现短暂的主从不一致问题。比如在主库刚插入数据，结果在从库马上查询，可能是查不到的。

2.半同步复制为MySQL搭建一套主从复制架构

只要搭建出来主从复制架构，就可以实现读写分离了。比如可以用MyCat或者ShardingSphere之类的中间件，就能实现系统写入主库，从从库去读取。

(1)异步复制存在的问题

但是现在搭建出来的主从复制架构有一个问题，就是之前那种搭建方式默认是一种异步的复制方式。

主库把日志写入BinLog文件，接着就提交事务返回，它不会管从库到底收到日志没有。万一此时主库的BinLog还没同步到从库，结果主库宕机，数据就丢失了。即使做了高可用自动切换，从库切换为主库，里面也没有刚写入的数据。所以这种方式是有问题的。

(2)半同步复制可以让数据不丢失

因此一般来说搭建主从复制，都是采取半同步复制方式的。这个半同步的意思：就是主库写入数据，日志进入BinLog后，起码得确保BinLog日志复制到从库了，再告诉客户端本次写入事务成功。这样起码主库突然崩了，之前写入成功的数据的BinLog日志都到从库了。从库切换为主库，数据也不会丢的，这就是所谓的半同步的意思。

(3)半同步复制的方式

这个半同步复制是MySQL 5.7默认的方式。首先主库会写入日志到BinLog，然后主库将BinLog复制到从库，接着主库等待从库返回一个成功的响应再提交事务，最后主库返回提交事务成功的响应给客户端。

这种方式可保证每个事务提交成功前，BinLog日志一定都复制到从库。所以只要事务提交成功，就可以认为数据在从库也有一份了。那么主库崩溃，已经提交的事务的数据绝对不会丢失的。

(4)半同步复制的搭建

在之前搭建好异步复制的基础之上，安装一下半同步复制插件就可以了。先在主库中安装半同步复制插件，同时还得开启半同步复制功能：

mysql> install plugin rpl_semi_sync_master soname 'semisync_master.so';
mysql> set global rpl_semi_sync_master_enabled=on;
mysql> show plugins;

可以看到安装了这个插件即可，接着在从库也是安装这个插件以及开启半同步复制功能：

mysql> install plugin rpl_semi_sync_slave soname 'semisync_slave.so';
mysql> set global rpl_semi_sync_slave_enabled=on;
mysql> show plugins;

接着要重启从库的IO线程：

mysql> stop slave io_thread; 
mysql> start slave io_thread;

然后在主库上检查一下半同步复制是否正常运行：

mysql> show global status like '%semi%';

如果看到了rpl_semi_sync_master_status的状态是ON，那么就代表正常运行了，到此半同步复制就开启成功了。其实一般来说主从复制都建议做成半同步复制 + 配合高可用切换机制，这样就可以保证数据库有一个在线的从库热备份主库的数据了。只要主库宕机，从库马上切换为主库，数据不丢失，数据库还高可用。

3.GTID为MySQL搭建一套主从复制架构

MySQL传统的主从复制搭建方式，一般都会采用半同步的复制模式。但除了传统搭建方式外，还有一种更加简便的搭建方式—GTID搭建方式。下面介绍GTID的搭建方式。

(1)步骤一

首先在主库进行配置：

mysql> gtid_mode=on
mysql> enforce_gtid_consistency=on
mysql> log_bin=on
mysql> server_id=单独设置一个
mysql> binlog_format=row

(2)步骤二

接着在从库进行配置：

mysql> gtid_mode=on
mysql> enforce_gtid_consistency=on
mysql> log_slave_updates=1
mysql> server_id=单独设置一个

(3)步骤三

在主库dump出来一份数据，在从库里导入这份数据，利用mysqldump备份工具进行导出。

(4)步骤四

其余步骤跟之前类似的，最后执行一下show master status。可以看到executed_gtid_set，里面记录的是执行过的GTID。接着执行SQL：select * from gtid_executed，进行对比。如果发现对应上了，那么此时就说明开始GTID复制了。

4.并行复制降低主从同步延迟或强制读主库

主从复制架构的搭建其实并不难，但比较关键的是，主从复制可能会有较大的延迟。比如主库可能都写入了100条数据了，结果从库才复制过去50条数据。那么从库就比主库落后了50条数据，这就是所谓的主从同步延迟问题。

(1)为什么会产生主从延迟问题

因为主库是多线程并发写入数据，所以主库写入数据的速度是很快的。但从库是单线程缓慢拉取数据，所以才导致从库复制数据的速度比较慢。

(2)主从之间到底延迟了多少时间

这个可以用一个工具来进行监控，比较推荐的是percona-toolkit工具集里的pt-heartbeat工具。这个工具会在主库里创建一个heartbeat表，然后会有一个线程定时更新这个表里的时间戳字段，从库会有一个monitor线程检查主库同步过来的heartbeat表的时间戳，把时间戳跟当前时间戳进行比较，就知道主从同步落后了多长时间了。总之，主从之间延迟了多长时间，实际上是可以看到的。

(3)主从同步延迟会导致什么问题

如果做了读写分离架构，写都往主库写，读都从从库读。那么会不会系统刚写入一条数据到主库，接着立即就在从库里读。可能此时从库复制有延迟，导致读不到刚写入的数据，这是经常会遇到的一个问题。

另外就是从库同步数据太慢了，导致从库读取的数据都是落后和过期的，也可能会导致系统产生一定的业务上的bug。

所以针对主从同步延迟的问题，首先应该做的是尽可能缩小主从同步的延迟时间，就是让从库也用多线程并行复制数据就可以了。这样从库复制数据的速度快了，延迟就会很低了。

MySQL 5.7就已经支持并行复制了。可以在从库里设置slave_parallel_workers>0，然后把slave_parallel_type设置为LOGICAL_CLOCK即可。

另外如果要求刚写入的数据强制一定读到，那么此时可以使用一个办法：就是类似MyCat或ShardingSphere等中间件设置强制读写都通过主库。这样写入主库的数据，强制从主库里读取，一定可以立即读到的。