一、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，我们常常把Redis作为缓存与MySQL配合使用，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。如果不存在再访问数据库，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。

1.2、主从复制的作用

??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。

• 读写分离
  • 我们可以通过主从复制的方式来同步数据，然后通过读写分离来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，负责读取记录，我们称之为：读库。当主库进行更换新的时候，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。读取更加顺畅的另一个原因，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。
• 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。
• 具有高可用性
  • 数据备份骑士是一种冗余的机制，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。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进行选择。

二、主从复制的原理

??Slave会从Master读取binlog来进行数据同步。

2.1、原理剖析

2.1.1、三个线程

??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。

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。

2.1.2、复制三步骤

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）；
2. Slave将Master的binary log events拷贝到它的中继日志（relay log）；
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

2.1.3、复制的问题

??复制的最大问题： 延时

2.1.4、复制的基本原则

• 每个Slave只有一个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

三、一主一从架构搭建

??一台主机用于处理所有写请求，一台从机负责所有读请求。

3.1、主机配置文件

??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。

• 必选
  • 主服务器唯一ID（server-id）
  • 启用二进制日志,指名路径（log-bin）
• 可选
  • read-only： 0（默认）表示读写（主机），1表示只读（从机）
  • 设置日志文件保留的时长，单位是秒（binlog_expire_logs_seconds）
  • 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）
  • 设置不要复制的数据库（binlog-ignore-db）
  • 设置需要复制的数据库,默认全部记录（binlog-do-db）
  • 设置binlog格式（binlog_format）

重启后台mysql服务，使配置生效
先搭建完主从复制，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：

• STATEMENT模式（基于SQL语句的复制(statement-based replication, SBR)）：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。
  • SBR 的优点：
    • 不需要记录每一行的变化，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，可以据此来审核数据库的安全等情况
    • binlog可以用于实时的还原，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 请求更多的行级锁
    • 对于有 AUTO_INCREMENT 字段的 InnoDB表而言，INSERT 语句会阻塞其他 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，只会对那个发生变化的记录产生影响
    • 执行复杂语句如果出错的话，会消耗更多资源
    • 数据表必须几乎和主服务器保持一致才行，否则可能会导致复制出错
• ROW模式（基于行的复制(row-based replication, RBR)）：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。
    • 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
• MIXED模式（混合模式复制(mixed-based replication, MBR)）：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。

3.2、从机配置文件

??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。

• 必选
  • 从服务器唯一ID（server-id）
• 可选
  • 启用中继日志（relay-log）

重启后台mysql服务，使配置生效。
主从机都关闭防火墙

3.3、主机：建立账户并授权

-- 用户名参数表示新建用户的账户，由 用户（User） 和 主机名（Host） 构成；
CREATE USER 用户名 [IDENTIFIED BY '密码'];
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 用户名; 
-- MySQL 8.0之后的版本此语句必须执行。否则见报下面的错误。 
ALTER USER 用户名 IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY '密码';
flush privileges;
-- 查询Master的状态，并记录下File和Position的值。
show master status;

注意：在从机执行show slave status\G时报错：
Last_IO_Error: error connecting to master 'slave1@192.168.1.150:3306' - retry-time: 60 retries: 1 message: Authentication plugin 'caching_sha2_password' reported error: Authentication requires secure connection.

3.4、从机：配置需要复制的主机

??步骤1：从机上复制主机的命令，如果之前做过同步，请先关闭，否则有可能报错。

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;

??步骤2：启动slave同步。如果报错以下错误：slave failed to initialize relay log info structure from the repository。可以执行如下操作：reset slave，删除之前的relay_log信息。然后重新执行 CHANGE MASTER TO ...语句即可。

??接着，查看同步状态：如果Slave_IO_Running和Slave_SQL_Running两个参数都是Yes，则说明主从配置成功！如果Slave_IO_Running为Connecting、Slave_SQL_Running为Yes，则说明主从配置失败！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

-- 启动slave同步
START SLAVE;
-- 查看同步状态：
SHOW SLAVE STATUS;

3.5、停止主从同步

• 停止主从同步命令：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。

??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)

四、同步数据不一致问题

??主从同步的要求：

• 读库和写库的数据一致(最终一致)；
• 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
，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。

4.2、主从延迟问题原因

??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：

• 从库的机器性能比主库要差
• 从库的压力大
• 大事务的执行

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。
• 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。
• 实时性要求的业务读强制走主库，从库只做灾备，备份。

4.4、如何解决一致性问题

??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*从弱到强来进行划分，有以下3种复制方式。

4.4.1、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效率，但可能存在主库宕机，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的主机，那么新的主机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。

4.4.2、半同步复制

??MySQL 5.5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交了数据的一致性，当然相比于异步复制来说，至少增加了一个网络连接的延迟，降低了主库写的效率。

??在MySQL 5.7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。

4.4.3、组复制

??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。

??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。