MySQL主从同步如何操作？

2024-08-20 17:52:53 浏览数 (1)

主从同步优势

随着业务量的增长，高并发，数据库服务器宕机等问题频繁出现，单台MySQL服务器将会成为系统瓶颈。

为了解决此问题，通常会使用集群主从同步模式（Master-Slave）来同步数据，通过读写分离（MySQL-Proxy）来提升数据库的并发负载能力。

总结主从同步模式优势：

  • 读写分离，缓解数据库压力(主数据库用来做数据写入，从数据库用来做数据读取)；
  • 一主多从，系统可拓展性和高可用性；
  • 数据备份容灾，异地双活，保证主库异常随时切换，提高系统容错能力；

binlog

MySQL主从之间数据同步主要通过 binlog 日志实现。

binlog含义与作用

主要用于记录数据库执行的写入性操作(不包括查询)信息，以二进制的形式保存在磁盘中，可以简单理解为记录的就是sql语句；

在实际应用中， binlog 的主要使用场景有两个：

  • 用于主从复制，在主从结构中，binlog 作为操作记录从 master 被发送到 slave，slave 服务器从 master 接收到的日志保存到 relay log 中；
  • 用于数据备份，在数据库备份文件生成后，binlog 保存了数据库备份后的详细信息，以便下一次备份能从备份点开始；

日志格式

binlog 日志有三种格式，分别为 Statement 、 Row 和 Mixed；

在 MySQL 5.7.7 之前，默认的格式是 Statement ， MySQL 5.7.7 之后，默认值是 Row；

Statement格式 -- 基于SQL语句的复制，每一条会修改数据的sql都会记录在binlog中

优点：不需要记录每一行的变化，减少了binlog日志量，节约了IO，提高性能；

缺点：由于记录的只是执行语句，但由于sql的执行是有上下文的,因此在保存的时候需要保存相关的信息,同时还有一些使用了函数(比如 uuid() 函数)之类的语句无法被记录复制;

Row格式 -- 基于行的复制，记录单元为每一行的改动,基本是可以全部记下来

优点：会记录每次操作的源数据与修改后的目标数据,绝对精准的还原，从而保证了数据的安全与可靠，并且复制和数据恢复过程可以是并发进行的;

缺点：可能会导致大量行的改动(比如alter table),这种模式的文件保存的信息太多,日志量太大；

Mixed格式* *-- 一种折中的方案,普通操作使用Statement记录，当无法使用Statement的时候使用Row

主从同步原理

MySQL主从复制需要三个线程：master（binlog dump thread）、slave（I/O thread 、SQL thread）

  • binlog dump线程： 主库中有数据更新时，根据设置的binlog格式，将更新的事件类型写入到主库的binlog文件中。当I/O线程请求日志内容时，master创建dump线程，将此时的binlog名称和当前更新的位置同时传给slave的I/O线程。
  • I/O线程： 该线程会连接到master，向dump线程请求一份指定binlog文件位置的副本，并将请求回来的binlog存到本地的relay log中。
  • SQL线程： 该线程检测到relay log有更新后，会读取并在本地做redo操作，将发生在主库的事件在本地重新执行一遍，来保证主从数据同步。

基本过程总结

  1. master库上的数据发生改变时，则将其改变写入binlog中；
  2. slave库在一定时间间隔内对master进行binlog探测是否发生改变，如发生改变，则开启I/O线程连接Master事件，请求从执行binlog日志文件中的指定位置，开始读取binlog至slave库；
  3. master库接收到从库的IO线程请求后，其上复制的dump线程会根据Slave的请求信息分批读取binlog文件然后返回给从库的IO线程；
  4. slave库的I/O线程获取到master库上IO线程发送的日志内容后，会将binlog日志内容依次写到slave库的relay Log（即中继日志）文件的最末端,并将新的binlog文件名和位置记录到master-info文件中，以便下一次读取master库binlog日志时能告诉master服务器从新binlog日志的指定文件及位置开始读取新的binlog日志内容；
  5. slave库服务器的SQL线程会实时监测到本地relay log中新增了日志内容，然后把relay log中的日志翻译成SQL并且按照顺序执行SQL来更新从库的数据。

主从延迟

主从延迟计算时间

根据前面主从复制的原理可以看出，两者之间是存在一定时间的数据不一致，也就是所谓的主从延迟。

我们来看下导致主从延迟的时间点：

  • 主库 A 执行完成一个事务，写入 binlog，该时刻记为T1.
  • 传给从库B，从库接受完这个binlog的时刻记为T2.
  • 从库B执行完这个事务，该时刻记为T3.

那么所谓主从延迟，就是同一个事务，从库执行完成的时间和主库执行完成的时间之间的差值，即T3-T1。

我们也可以通过在从库执行show slave status，返回结果会显示seconds_behind_master，表示当前从库延迟了多少秒。

seconds_behind_master如何计算的？

  • 每一个事务的binlog都有一个时间字段，用于记录主库上写入的时间
  • 从库取出当前正在执行的事务的时间字段，跟当前系统的时间进行相减，得到的就是seconds_behind_master，也就是前面所描述的T3-T1。

主从延迟原因

为什么会主从延迟？

正常情况下，如果网络不延迟，那么日志从主库传给从库的时间是相当短，所以T2-T1可以基本忽略。

最直接的影响就是从库消费中转日志（relay log）的时间段，而造成原因一般是以下几种：

1、从库的机器性能比主库要差

比如将20台主库放在4台机器，把从库放在一台机器。这个时候进行更新操作，由于更新时会触发大量读操作，导致从库机器上的多个从库争夺资源，导致主从延迟。

2、从库的压力大

按照正常的策略，读写分离，主库提供写能力，从库提供读能力。将进行大量查询放在从库上，结果导致从库上耗费了大量的CPU资源，进而影响了同步速度，造成主从延迟。

3、大事务的执行

一旦执行大事务，那么主库必须要等到事务完成之后才会写入binlog。比如主库执行了一条insert … select非常大的插入操作，该操作产生了近几百G的binlog文件传输到只读节点，进而导致了只读节点出现应用binlog延迟。

因此，DBA经常会提醒开发，不要一次性地试用delete语句删除大量数据，尽可能控制数量，分批进行。

4、主库的DDL(alter、drop、create)

只读节点与主库的DDL同步是串行进行，如果DDL操作在主库执行时间很长，那么从库也会消耗同样的时间，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。

5、锁冲突

锁冲突问题也可能导致从节点的SQL线程执行慢，比如从机上有一些select .... for update的SQL等。

怎么减少主从延迟

主从同步问题永远都是一致性和性能的权衡，得看实际的应用场景，若想要减少主从延迟的时间，可以采取下面的办法：

  1. 优化SQL，避免慢SQL，减少批量操作，建议写脚本以update-sleep这样的形式完成；
  2. 降低多线程大事务并发的概率，优化业务逻辑；
  3. 增加从服务器，目的还是分散读的压力，从而降低服务器负载；
  4. 提高从库机器的配置，减少主库写binlog和从库读binlog的效率差；
  5. 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；
  6. 实时性要求的业务读强制走主库，从库只做灾备，备份。

主从延迟解决方案

在高并发场景或者网络不佳的场景，如果存在较大的主从同步数据延迟，这时候读请求去读从库，就会读到旧数据。这时候最简单暴力的方法，就是强制读主库。实际上可以使用缓存标记法。

  • A发起写请求，更新主库数据，并在缓存中设置一个标记，表示数据已更新，标记格式为：userId 业务Id。
  • 设置此标记，设置过期时间（估值为主库和从库同步延迟的时间）
  • B发起读请求，先判断此请求，在缓存中有没有更新标记。
  • 如果存在标记，走主库；如果没有，请求走从库。

这个方案，解决了数据不一致问题，但是每次请求都要先跟缓存打交道，会影响系统吞吐。

数据库 mysql

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