MySql主从同步介绍

1 引言

大家好，Mysql是大家最常用的数据库，下面为大家带来mysql主从同步知识点的分享，以便巩固mysql基础知识，如有错误，还请各位大佬们指正。

2 MySql主从同步概述

MySQL主从同步，即MySQL Replication，可以实现将数据从一台数据库服务器同步到多台数据库服务器。MySQL数据库自带主从同步功能，经过配置，可以实现基于库、表结构的多种方案的主从同步。

Redis是一种高性能的内存数据库，但不是今天的主角；MySQL是基于磁盘文件的关系型数据库，相比于Redis来说，读取速度会慢一些，但是功能强大，可以用于存储持久化的数据。在实际工作中，我们常将Redis作为缓存与MySQL配合来使用，当有数据访问请求的时候，首先会从缓存中进行查找，如果存在就直接取出，如果不存在再访问数据库，这样就提升了读取的效率，也减少了后端数据库的访问压力。使用Redis这种缓存架构是高并发架构中非常重要的一环。

随着业务量的不断增长，数据库的压力会不断变大，缓存的频繁变更也强依赖于数据的查询结果，导致数据查询效率低，负载很高，连接过多等问题。对于电商场景来说，往往存在很多典型的读多写少场景，我们可以对MySQL做主从架构并且进行读写分离，让主服务器（Master）处理写请求，从服务器（Slave）处理读请求，这样可以进一步提升数据库的并发处理能力。如下图：

上图中，可以看到，我们增加了2个从库，这2个从库可以一起抗下大量的读请求，分担主库压力。从库会通过主从复制，从主库中不断的同步数据，以此来保证从库的数据和主库数据的一致。

接下来，我们看看主从同步有哪些作用，以及主从同步具体是怎么实现的。

3 主从同步的作用

一般来说，不是所有的系统都需要对数据库进行主从架构的设计，因为架构本身是有一定成本的，如果我们的目的在于提升数据库高并发访问的效率，那么我们首先应该优化SQL语句及索引，充分发挥数据库的最大性能；其次是采用缓存的策略，如使用Redis、Magodb等缓存工具，通过其高性能的优势把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。系统的使用和维护成本是根据架构的升级逐渐升高的。

言归正传，主从同步不仅可以提升数据库的吞吐量，还有以下三个方面的作用：

3.1 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升数据库的并发处理能力。简单来说就是我们的数据被放在了多个数据库中，其中一个是Master主库，其余的是Slave从库。当主库数据变化时，会自动将数据同步到从库中，而我们程序可以从从库读取数据，也就是采用读写分离的方式。电商的应用往往是“读多写少”，采用读写分离就实现了更高的并发访问。原本所有的读写压力都由一台服务器承担，现在有多个服务器共同处理读请求，减少了对主库的压力。另外还可以对从服务器进行负载均衡，让不同的读请求按照策略均匀的分配到不同的从服务器中，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，不会影响到从库的查询操作。

3.2 数据备份

主从同步也相当于是一种数据热备份机制，在主库正常运行下进行备份，不影响提供数据服务。

3.3 高可用性

数据备份实际就是一种冗余的机制，通过这种冗余的方式可以换取数据库的高可用性，当服务器出现故障、宕机等无可用的情况下，可以迅速进行故障切换，让从库充当主库，保障服务正常运行。大家可以了解下电商系统数据库高可用SLA指标。

4 主从同步的原理

说到主从同步的原理，我们就需要了解在数据库中的一个重要日志文件，就是Binlog二进制文件，它记录了对数据库进行更新的事件，事实上主从同步的原理就是基于Binlog进行数据同步的。

在主从复制的过程中，会基于三个线程来操作，一个是binlog dump线程，位于master节点上，另外两个线程分别是I/O线程和SQL线程，它们都分别位于slave节点上，如下图：

结合以上图片，我们一起来了解主从复制的核心流程：

当master节点接收到一个写请求时，这个写请求可能是增删改操作，此时会把写请求的更新操作都记录到binlog日志中。
master节点会把数据复制给slave节点，如图中的slave01节点和slave02节点，这个过程，首先得要每个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，用于向各个slave节点发送binlog日志。
binlog dump线程会读取master节点上的binlog日志，然后将binlog日志发送给slave节点上的I/O线程。当主库读取事件的时候，会在Binglog上加锁，读取完成之后，再将锁释放掉。
slave节点上的I/O线程接收到binlog日志后，会将binlog日志先写入到本地的relaylog中，relaylog中就保存了binlog日志。
slave节点上的SQL线程，会来读取relaylog中的binlog日志，将其解析成具体的增删改操作，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。

主从同步的数据内容其实是二进制日志（Binlog），它虽然叫二进制日志，实际上存储的是一个又一个的事件（Event），这些事件分别对应着数据库的更新操作，比如INSERT、UPDATE、DELETE等。

另外我们还需要注意的是，不是所有版本的MySQL都默认开启了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。

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一些延迟，比如200ms，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，也就会造成主从同步中的数据不一致的情况发生。比如我们对一条记录进行更新，这个操作是在主库上完成的，而在很短的时间内，比如100ms，又对同一个记录进行读取，这时候从库还没有完成数据的同步，那么，我们通过从库读取到的数据就是一条旧的数据。这种情况下该怎么办呢？

5 如何解决主从同步的数据一致性问题

可以想象下，如果我们想要操作的数据都存储在同一个数据库中，那么对数据进行更新的时候，可以对记录进行加写锁，这样在读取的时候就不会发生数据不一致的情况了。但这时从库的作用就是备份数据，没有做到读写分离，分担主库的压力。

因此我们还需要想办法，在进行读写分离的时候，解决主从同步中数据不一致的问题，也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，有以下三种复制方式。

5.1 全同步复制

首先，全同步复制，就是当主库执行完一个事务之后，要求所有的从库也都必须执行完该事务，才可以返回处理结果给客户端；因此，虽然全同步复制数据一致性得到保证了，但是主库完成一个事物需要等待所有从库也完成，性能就比较低了。如下图：

5.2 异步复制

而异步复制，就是当主库提交事物后，会通知binlog dump线程发送binlog日志给从库，一旦binlog dump线程将binlog日志发送给从库之后，不需要等到从库也同步完成事务，主库就会将处理结果返回给客户端。

因为主库只管自己执行完事务，就可以将处理结果返回给客户端，而不用关心从库是否执行完事务，这就可能导致短暂的主从数据不一致的问题了，比如刚在主库插入的新数据，如果马上在从库查询，就可能查询不到。

而且，当主库提交事物后，如果宕机挂掉了，此时可能binlog还没来得及同步给从库，这时候如果为了恢复故障切换主从节点的话，就会出现数据丢失的问题，所以异步复制虽然性能高，但数据一致性上是最弱的。

mysql主从复制，默认采用的就是异步复制这种复制策略。

5.3 半同步复制

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，我们可以对需要响应的从库数量进行设置，默认为1，也就是说只要有一个从库进行了响应，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。

但是，半同步复制也存在以下几个问题：

半同步复制的性能，相比异步复制而言有所下降，相比于异步复制是不需要等待任何从库是否接收到数据的响应，而半同步复制则需要等待至少一个从库确认接收到binlog日志的响应，性能上是损耗更大的。
主库等待从库响应的最大时长是可以配置的，如果超过了配置的时间，半同步复制就会变成异步复制，那么，异步复制的问题同样也就会出现了。
在MySQL 5.7.2之前的版本中，半同步复制存在着幻读问题的。

当主库成功提交事物并处于等待从库确认的过程中，这个时候，从库都还没来得及返回处理结果给客户端，但因为主库存储引擎内部已经提交事务了，所以，其他客户端是可以到从主库中读到数据的。

但是，如果下一秒主库突然挂了，此时正好下一次请求过来，因为主库挂了，就只能把请求切换到从库中，因为从库还没从主库同步完数据，所以，从库中当然就读不到这条数据了，和上一秒读取数据的结果对比，就造成了幻读的现象了。

5.4 增强半同步复制

增强半同步复制，是mysql 5.7.2后的版本对半同步复制做的一个改进，原理上几乎是一样的，主要是解决幻读的问题。

主库配置了参数 rpl_semi_sync_master_wait_point = AFTER_SYNC 后，主库在存储引擎提交事务前，必须先收到从库数据同步完成的确认信息后，才能提交事务，以此来解决幻读问题。参考下图：

6 总结

通过上述内容，我们了解了Mysql数据库的主从同步，如果你的目标仅是数据库的高并发，那么可以先从 SQL 优化，索引以及 Redis 缓存数据等这些方面来考虑优化，然后再考虑是否采用主从架构的方式。

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。

自己编写程序的好处就在于比较自主，我们可以自己判断哪些查询在从库上来执行，针对实时性要求高的需求，我们还可以考虑哪些查询可以在主库上执行。同时程序直接连接数据库，减少了中间件层，可以减少一些性能损耗。

而采用中间件的方法有很明显的优势，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，同时商业中间件价格较高，有一定学习成本。另外，我们也可以考虑采用一些优秀的开源工具，比如 MaxScale。它是 MariaDB 开发的 MySQL 数据中间件。比如在下图中，使用 MaxScale作为数据库的代理，通过路由转发完成了读写分离。同时我们也可以使用 MHA 工具作为强一致的主从切换工具，从而完成 MySQL的高可用架构。

作者：刘邓忠