MySQL-18.主从复制
C-18.主从复制1.主从复制概述
1.1 如何提升数据库并发能力
在实际工作中，我们常常将Redis作为缓存与MySQL配合来使用，当有哀求的时候，起首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服从，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。
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别的，一样平常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力大，有一个思绪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服从，那么起首考虑的是如何优化SQL和索引，这种方式简单有用；其次才是采用缓存的策略，比如使用Redis将热门数据保存在内存数据库中，提升读取的服从末了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。
1.2 主从复制的作用
主从同步计划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。
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其中一个是Master主库，负责写入数据，我们称之为:写库。
别的都是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平衡，让不同的读哀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。读取顺畅的另一个缘故原由，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，相称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。比如要到达全年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、一样平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。在实际中我们需要团结业务需求和成本来进行选择。
2.主从复制的原理
Slave会从Master读取binlog来进行数据同步。
2.1 原理分析
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。
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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，向主库发送哀求更新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，并且拷贝到当地的中继日志(Relay log)。
从库SQL线程会读取从库中的中继日志，并且实行日志中的事件，将从库中的数据与主库保持同步。
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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实行所有主服务器中保存的事件。也可以通过设置，使从服务器实行特定的事件。
复制三步骤
步骤1: Master将写操作记载到二进制日志（binlog)。这些记载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。
2.2 复制的根本原则
[*]每个Slave只能有一个Master。
[*]每个Slave只能有一个唯一的服务器ID。
[*]每个Master可以有多个Slave。
3.一主一从架构搭建
一台主机用于处理所有写哀求，一台从机负责所有读哀求，架构图如下：
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3.1 预备工作
1、预备2台CentOS假造机
2、每台假造机上需要安装好MySQL(可以是8.0.x)
阐明：前面我们讲过如何克隆一台CentOS。各人可以在一台CentOS上安装好MySQL，进而通过克隆的方式复制出1台包含MySQL的假造机。
注意：克隆的方式需要修改新克隆出来主机的：① MAC所在 ② hostname ③ IP 所在 ④ UUID 。
别的，克隆的方式天生的假造机（包含MySQL Server），则克隆的假造机MySQL Server的UUID相同，必须修改，否则在有些场景会报错。比如： show slave status\G ，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3.2 主机设置文件
建议mysql版本同等且背景以服务运行，主从所有设置项都设置在节点下，且都是小写字母。
具体参数设置如下：
[*]必选
#[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
#[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重启背景mysql服务，使设置生效
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语句会记载到binlog中。这是默认的binlog格式。
[*]SBR 的优点：
[*]历史久长，技术成熟
[*]不需要记载每一行的变革，减少了binlog日志量，文件较小
[*]binlog中包含了所有数据库更改信息，可以据此来考核数据库的安全等情况
[*]binlog可以用于及时的还原，而不仅仅用于复制
[*]主从版本可以不一样，从服务器版本可以比主服务器版本高
[*]SBR 的缺点：
[*]不是所有的UPDATE语句都能被复制，尤其是包含不确定操作的时候
[*]使用以下函数的语句也无法被复制：LOAD_FILE()、UUID()、USER()、FOUND_ROWS()、SYSDATE() (除非启动时启用了 --sysdate-is-now 选项)
[*]INSERT ... SELECT 会产生比 RBR 更多的行级锁
[*]复制需要进行全表扫描(WHERE 语句中没有使用到索引)的 UPDATE 时，需要比 RBR 哀求更多的行级锁
[*]对于有 AUTO_INCREMENT 字段的 InnoDB表而言，INSERT 语句会壅闭其他 INSERT 语句
[*]对于一些复杂的语句，在从服务器上的耗资源情况会更严重，而 RBR 模式下，只会对那个发生变革的记载产生影响
[*]实行复杂语句如果堕落的话，会消耗更多资源
[*]数据表必须险些和主服务器保持同等才行，否则可能会导致复制堕落
②ROW模式（基于行的复制(row-based replication，RBR)）
binlog_format=ROW5.1.5版本的MySQL才开始支持，不记载每条sql语句的上下文信息，仅记载哪条数据被修改了，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精确复制的问题）
[*]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、没有附带条件大概并没有修改很多记载的 UPDATE 或 DELETE 语句
[*]实行 INSERT，UPDATE，DELETE 语句时锁更少
[*]从服务器上采用多线程来实行复制成为可能
[*]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
[*]主服务器上实行 UPDATE 语句时，所有发生变革的记载都会写到 binlog 中，而 SBR 只会写一次，这会导致频仍发生 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的团结。
在Mixed模式下，一样平常的语句修改使用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会根据实行的每一条具体的sql语句来区分对待记载的日志情势，也就是在Statement和Row之间选择一种。
3.3 从机设置文件
要求主从所有设置项都设置在my.cnf的栏位下，且都是小写字母。
[*]必选
#[必须]从服务器唯一ID
server-id=2
[*]可选
#[可选]启用中继日志
relay-log=mysql-relay重启MySQL服务，使设置生效
注意：主从机都关闭防火墙
service iptables stop #CentOS 6
systemctl stop firewalld.service #CentOS 7
3.4 主机：建立账户并授权
#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，并记载下File和Position的值。
show master status;https://img2024.cnblogs.com/blog/2883613/202407/2883613-20240709224615328-580446549.jpg
[*]记载下File和Position的值
注意：实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革。
3.5 从机：设置需要复制的主机
步骤1：从机上复制主机的下令
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;https://img2024.cnblogs.com/blog/2883613/202407/2883613-20240709224650525-1596971393.jpg
步骤2：
#启动slave同步
START SLAVE;如果报错：
https://img2024.cnblogs.com/blog/2883613/202407/2883613-20240709224700354-618832425.jpg
可以实行如下操作，删除之前的relay_log信息。然后重新实行 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 STATUS\G;https://img2024.cnblogs.com/blog/2883613/202407/2883613-20240709224721446-645798905.jpg
上面两个参数都是Yes，则阐明主从设置成功！
表现如下的情况，就是不精确的。可能错误的缘故原由有
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3.6 测试
主机新建库、新建表、insert记载，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);3.7 停止主从同步
[*]停止主从同步下令
stop slave;
[*]如何重新设置主从
如果停止从服务器复制功能，再使用需要重新设置主从。否则会报错如下：
https://img2024.cnblogs.com/blog/2883613/202407/2883613-20240709224737245-1143855664.jpg
重新设置主从，需要在从机上实行
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)3.8 后续
搭建主从复制：双主双从
https://img2024.cnblogs.com/blog/2883613/202406/2883613-20240610002012062-1940804171.jpg
4.同步数据同等性问题
主从同步的要求：
[*]读库和写库的数据同等(终极同等)；
[*]写数据必须写到写库；
[*]读数据必须到读库(不一定)；
4.1 理解主从延迟问题
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同等性问题。
4.2 主从延迟问题缘故原由
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，主备延迟的重要来源是备库接收完binlog和实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。
造成缘故原由：
1、从库的机器性能比主库要差
2、从库的压力大
3、大事务的实行
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。
4.3 如何减少主从延迟
若想要减少主从延迟的时间，可以采取下面的办法：
[*]降低多线程大事务并发的概率，优化业务逻辑
[*]优化SQL，避免慢SQL，减少批量操作，建议写脚本以update-sleep这样的情势完成。
[*]提高从库机器的设置，减少主库写binlog和从库读binlog的服从差。
[*]尽量采用短的链路，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。
[*]及时性要求的业务读强制走主库，从库只做灾备，备份
4.4 如何解决同等性问题
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，可以对记载加写锁，这样在读取的时候就不会发生数据不同等的情况。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。
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读写分离情况下，解决主从同步中数据不同等的问题， 就是解决主从之间数据复制方式的问题，如果按照数据同等性从弱到强来进行划分，有以下 3 种复制方式。
方法1：异步复制
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服从，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同等。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同等性是最弱的。
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方法2：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同等性，当然相比于异步复制来说，至少多增长了一个网络连接的延迟，降低了主库写的服从。
在MySQL5.7版本中还增长了一个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个从库进行了相应，就可以返回给客户端。如果将这个参数调大，可以提升数据同等性的强度，但也会增长主库等待从库相应的时间。
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方法3：组复制
异步复制和半同步复制都无法终极保证数据的同等性问题，半同步复制是通过判断从库相应的个数来决定是否返回给客户端，虽然数据同等性相比于异步复制有提升，但仍然无法满意对数据同等性要求高的场景，比如金融范畴。MGR 很好地补充了这两种复制模式的不敷。
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
起首我们将多个节点共同组成一个复制组，在实行读写（RW）事务的时候，需要通过同等性协议层（Consensus 层）的同意，也就是读写事务想要进行提交，必须要颠末组里“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）事务则不需要颠末组内同意，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，并且在同等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同等性。
https://img2024.cnblogs.com/blog/2883613/202407/2883613-20240709224854855-523864652.jpg
MGR 将 MySQL 带入了数据强同等性的时代，是一个划时代的创新，其中一个重要的缘故原由就是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同等性算法被广泛应用，比如Apache 的 ZooKeeper 也是基于 Paxos 实现的。
5.知识延伸
在主从架构的设置中，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力自主，我们可以自己判断哪些查询在从库上来实行，针对及时性要求高的需求，我们还可以考虑哪些查询可以在主库上实行。同时，程序直接连接数据库，减少了中间件层，相称于减少了性能损耗。
[*]采用中间件的方法有很明显的上风，功能强大，使用简单。但因为在客户端和数据库之间增长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。
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① 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哀求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
只是为了记载自己的学习历程，且本人程度有限，不对之处，请指正。
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