在实际工作中,我们常常将Redis
作为缓存与MySQL
配合来使用,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。如果不存在再方法数据库,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置,毕竟设置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访问的效率,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的。
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1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。
其中一个是Master主库,负责写入数据,我们称之为:写库。
其它都是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,我们还能对从服务器进行负载均衡
,让不同的读请求按照策略均匀地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SELECT的读取。
第2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3个作用是具有高可用性。数据备份实际上是一种冗余的机制,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99.999%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365*24*60+ (1-99.999%)=5.256
分钟(含系统崩溃的时间、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的状态。
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。
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
(Binlog dump thread)是一个主库线程。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(Event)的时候,会在Binlog上加锁
,读取完成之后,再将锁释放掉。
从库I/O线程
会连接到主库,向主库发送请求更新Binlog。这时从库的I/O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(Relay log)。
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。
除非特殊指定,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,使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(binlog
)。这些记录叫做二进制日志事件(binary log events);
步骤2: Slave
将Master
的binary log everkts拷贝到它的中继日志(relay log
) ;
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复制是异步的且串行化的,而且重启后从接入点
开始复制。
复制的问题
复制的最大问题:延时
。
Slave
只能有一个Master
。Slave
只能有一个唯一的服务器ID。Master
可以有多个Slave
。一台主机用于处理所有写请求,一台从机负责所有读请求,架构图如下:
1、准备2台
CentOS虚拟机
2、每台虚拟机上需要安装好MySQL(可以是8.0.x)
说明:前面我们讲过如何克隆一台CentOS。大家可以在一台CentOS上安装好MySQL,进而通过克隆的方式复制出1台包含MySQL的虚拟机。
注意:克隆的方式需要修改新克隆出来主机的:① MAC地址
② hostname
③ IP 地址
④ UUID
。
此外,克隆的方式生成的虚拟机(包含MySQL Server),则克隆的虚拟机MySQL Server的UUID相同,必须修改,否则在有些场景会报错。比如: show slave statusG
,报如下的错误:
Last_IO_Error: Fatal error: The slave I/O thread stops because master and slave have equal MySQL server UUIDs; these UUIDs must be different for replication to work.
修改MySQL Server 的UUID方式:
vim /var/lib/mysql/auto.cnf#修改uuid
systemctl restart mysqld#重新启动MySQL服务
建议mysql版本一致且后台以服务运行,主从所有配置项都配置在[mysqld]
节点下,且都是小写字母。
具体参数配置如下:
#[必须]主服务器唯一ID
server-id=1
#[必须]启动二进制日志,指明路径,比如 '/var/lib/mysql/'
log-bin=binlog
#[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
binlog-do-db=需要复制的主数据库名字
#[可选]设置binlog格式
binlog_format=STATEMENT
重启后台mysql服务,使配置生效
注意:
先创建完主从复制,再创建数据库。
MySQL主从复制起始时,从机不继承主机数据。
binlog格式设置:
①STATEMENT模式(基于SQL语句的复制(statement-based replication, SBR))
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。
②ROW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,仅记录哪条数据被修改了,修改成什么样了。
RBR 的优点:
任何情况都可以被复制,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过程、function、trigger的调用和触发无法被正确复制的问题)
多数情况下,从服务器上的表如果有主键的话,复制就会快了很多
复制以下几种语句时的行锁更少: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
执行 INSERT,UPDATE,DELETE 语句时锁更少
从服务器上采用多线程
来执行复制成为可能
RBR 的缺点:
binlog 大了很多
复杂的回滚时 binlog 中会包含大量的数据
主服务器上执行 UPDATE 语句时,所有发生变化的记录都会写到 binlog 中,而 SBR 只会写一次,这会导致频繁发生 binlog 的并发写问题
无法从 binlog 中看到都复制了些什么语句
③MIXED模式(混合模式复制(mixed-based replication,MBR))
binlog_format=MIXED
从5.1.8版本开始,MySQL提供了Mixed格式,实际上就是Statement与Row的结合。
在Mixed模式下,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具体的sql语句来区分对待记录的日志形式,也就是在Statement和Row之间选择一种。
要求主从所有配置项都配置在my.cnf
的[mysqld]
栏位下,且都是小写字母。
#[必须]从服务器唯一ID
server-id=2
#[可选]启用中继日志
relay-log=mysql-relay
重启MySQL服务,使配置生效
注意:主从机都关闭防火墙
service iptables stop #CentOS 6
systemctl stop firewalld.service #CentOS 7
#在主机MySQL里执行授权主从复制的命令
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@'从机器数据库IP' IDENTIFIED BY 'abc123';
#5.5,5.7
注意:如果使用的是MySQL8,需要如下的方式建立账户,并授权slave:
CREATE USER 'slave1'@'%' IDENTIFIED BY 'ming6688';
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@'%';
#此语句必须执行。否则见下面。
ALTER USER 'slave1'@'%' IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY 'ming6688';
flush privileges;
查询Master的状态,并记录下File和Position的值。
show master status;
注意:执行完此步骤后不要再操作主服务器MySQL,防止主服务器状态值变化。
步骤1:从机上复制主机的命令
CHANGE MASTER TO
MASTER_HOST='主机的IP地址',
MASTER_USER='主机用户名',
MASTER_PASSWORD='主机用户名的密码',
MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.具体数字',
MASTER_LOG_POS=具体值;
举例:
CHANGE MASTER TO
MASTER_HOST='192.168.200.132',
MASTER_USER='slave1',
MASTER_PASSWORD='ming6688',
MASTER_LOG_FILE='binlog.000067',
MASTER_LOG_POS=2058;
步骤2:
#启动slave同步
START SLAVE;
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。
mysql> reset slave; #删除SLAVE数据库的relaylog日志文件,并重新启用新的relaylog文件
接着,查看同步状态
SHOW SLAVE STATUSG;
上面两个参数都是Yes,则说明主从配置成功!
显示如下的情况,就是不正确的。可能错误的原因有
1. 网络不通
2. 账户密码错误
3. 防火墙
4. mysql配置文件问题
5. 连接服务器时语法
6. 主服务器mysql权限
主机新建库、新建表、insert记录,从机复制:
CREATE DATABASE test_master_slave;
CREATE TABLE mytbl(id INT,NAME VARCHAR(16));
INSERT INTO mytbl VALUES(1, 'zhang3');
INSERT INTO mytbl VALUES(2,@@hostname);
stop slave;
如果停止从服务器复制功能,再使用需要重新配置主从。否则会报错如下:
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binglog文件,并将日志索引文件清空,重新开始所有新的日志文件(慎用)
搭建主从复制:双主双从
主从同步的要求:
进行主从同步的内容是二进制日志,它是一个文件,在进行网络传输
的过程中就一定会存在主从延迟
(比如 500ms),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。
在网络正常的时候,日志从主库传给从库所需的时间是很短的,即T2-T1的值是非常小的。即,网络正常情况下,主备延迟的主要来源是备库接收完binlog和执行完这个事务之间的时间差。
主备延迟最直接的表现是,从库消费中继日志(relay log)的速度,比主库生产binlog的速度要慢。
造成原因:
1、从库的机器性能比主库要差
2、从库的压力大
3、大事务的执行
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。
若想要减少主从延迟的时间,可以采取下面的办法:
减少批量操作
,建议写脚本以update-sleep这样的形式完成。提高从库机器的配置
,减少主库写binlog和从库读binlog的效率差。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。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。但这时从库的作用就是备份
,并没有起到读写分离
,分担主库读压力
的作用。
读写分离情况下,解决主从同步中数据不一致的问题, 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。
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,但可能会存在主库宕机,而Binlog还没有同步到从库的情况,也就是此时的主库和从库数据不一致。这时候从从库中选择一个作为新主,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。
MySQL5.5版本之后开始支持半同步复制的方式。原理是在客户端提交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了Binlog,并且写入到中继日志中,再返回给客户端。
这样做的好处就是提高了数据的一致性,当然相比于异步复制来说,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。
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,半同步复制是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要求高的场景,比如金融领域。MGR 很好地弥补了这两种复制模式的不足。
组复制技术,简称 MGR(MySQL Group Replication)。是 MySQL 在 5.7.17 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(RW)事务
的时候,需要通过一致性协议层(Consensus 层)的同意,也就是读写事务想要进行提交,必须要经过组里“大多数人”(对应 Node 节点)的同意,大多数指的是同意的节点数量需要大于 (N/2+1),这样才可以进行提交,而不是原发起方一个说了算。而针对只读(RO)事务
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,它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原子消息和全局有序消息,从而保证组内数据的一致性。
MGR 将 MySQL 带入了数据强一致性的时代,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 算法是由 2013 年的图灵奖获得者 Leslie Lamport 于 1990 年提出的,有关这个算法的决策机制可以搜一下。事实上,Paxos 算法提出来之后就作为分布式一致性算法
被广泛应用,比如Apache 的 ZooKeeper 也是基于 Paxos 实现的。
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 ,也可以通过第三方的中间件
来实现。
功能强大
,使用简单
。但因为在客户端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。我们也可以考虑采取一些优秀的开源工具。Cobar
属于阿里B2B事业群,始于2008年,在阿里服役3年多,接管3000+个MySQL数据库的schema,集群日处理在线SQL请求50亿次以上。由于Cobar发起人的离职,Cobar停止维护。② Mycat
是开源社区在阿里cobar基础上进行二次开发,解决了cobar存在的问题,并且加入了许多新的功能在其中。青出于蓝而胜于蓝。
③ OneProxy
基于MySQL官方的proxy思想利用c语言进行开发的,OneProxy是一款商业收费
的中间件。舍弃了一些功能,专注在性能和稳定性上
。
④ kingshard
由小团队用go语言开发,还需要发展,需要不断完善。
⑤ Vitess
是Youtube生产在使用,架构很复杂。不支持MySQL原生协议,使用`需要大量改造成本 。
⑥ Atlas
是360团队基于mysql proxy改写,功能还需完善,高并发下不稳定。
⑦ MaxScale
是mariadb(MySQL原作者维护的一个版本) 研发的中间件
⑧ MySQLRoute
是MySQL官方Oracle公司发布的中间件
只是为了记录自己的学习历程,且本人水平有限,不对之处,请指正。
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