MySQL-主从复制：概述、原理、同步数据一致性问题、搭建流程

主从复制

1. 主从复制概述

1.1 如何提升数据库并发能力

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

第1个作用：读写分离。

第2个作用就是数据备份。

第3个作用是具有高可用性。

2. 主从复制的原理

2.1 原理剖析

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。

复制三步骤

步骤1：Master将写操作记录到二进制日志（binlog）。

步骤2：Slave将Master的binary log events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

3. 同步数据一致性问题

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)；

3.1 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一致性问题。

3.2 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：

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

3.3 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：

1. 降低多线程大事务并发的概率，优化业务逻辑

2. 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。

3. 提高从库机器的配置，减少主库写binlog和从库读binlog的效率差。

4. 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。

5. 实时性要求的业务读强制走主库，从库只做灾备，备份。

3.4 如何解决一致性问题

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。

方法 1：异步复制

​ MVSQL默认的复制方式，在异步复制的方式中主库在执行完事务操作以后，会立刻给客户端返回。他不需要关心从库是否完成该事务的执行。

​ 这种方式会导致一个问题，那就是当主库出现故障时，主库虽然事务执行完了但是可能还没来得及把数据同步给从库，就挂了。那么当从库升级为主库之后，他会丢失了这次事务的变更内容。

方法 2：半同步复制

​ 半同步复制是介于全同步复制和异步复制之间的一种方案。他再执行完一个事务之后，也不会立刻给客户端反馈，但是也不会等所有从库都完成事务，而是等其中一个从库完成接收到事件之后，再反馈给客户端。
在半同步复制这个方案中，会在事务提交的2阶段都完成之后，等待从库接收到binlog，然后再返回成功。

方法 3：组复制

​ 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。

方法 4：全同步复制

​ 全同步复制的这个方式中，当主库执行完一个事务之后，他会等待所有的从库完成数据复制之后，才会给客户端反馈。这种方式安全性可以保障了，但是性能很差。如果从库比较多的话，会导致整个过程更加长。

4、主从复制-搭建流程

4.1 环境准备

一主一从，默认安装好了MySQL了，需要安装，可以参考

节点	ip	数据库	角色
节点1	192.168.3.131	Mysql	主j节点
节点2	192.168.3.137	Mysql	从节点

4.2 主节点配置

主节点需要做的工作就是创建用户并赋予权限，然后开启binlog日志。

首先创建给从节点登录用的账号和密码，如下

#查看主节点的登录名账号,没有用于从节点登录的账号密码
select Host,User from user;
create user 'slave01'@'192.168.3.137' identified by '123456';
select Host,User from user;

授予从节点登录主节点验证的权限

由于MySQL的版本问题，我这个是8.0版本的，在授权语句后面加上identified by '123456'会报错，所以，我此处，没加

grant replication slave on *.* to 'slave01'@'192.168.157.137';

显示确认一下授予权限的情况

show grants for 'slave01'@'192.168.3.137';

修改mysql配置文件

vim /etc/my.cnf

#主从复制配置
log-bin=mysql-bin
server-id=131	#和从节点不一样即可

4.3 从节点配置

从服务器需要做的工作就是配置同步日志，指定主节点的ip，端口，用户，密码等，然后启动从节点

修改mysql配置文件

#主从复制配置
log-bin=mysql-bin
server-id=137

重启从节点mysql

先在主节点mysql上查看master信息

show master status;

在从节点的MySQL上指定主节点信息

change master to master_host='192.168.3.131',master_user='slave01',master_password='123456',master_log_file='master-a-bin.000001',master_log_pos=156;

• master_host 是主节点ip
• master_user 和 master_password 是主节点创建给从节点的账号和密码
• master_log_file 和master_log_pos 根据上一步查询出来的File和Position值自行更换。

启动从节点

start slave;

最终这两个参数都是yes就搭建完成了，但是也要注意是否有报错信息

判断是否成功主要看 Slave_IO_Running 和 Slave_SQL_Running 是否都为YES。

上面的两个yes，笔者也走过很多弯路，才走到的，并不是一下子就成功的，下面我归纳一下，我搭建过程中遇到的问题

4.4 遇到报错解决

情况1：Slave_IO_Running为No

由于有些同学为了方便，服务器都是克隆的，所以就会造成安装目录auto.cnf文件里对比server-uuid是一样的，可以自行排查一下

解决办法:
首先安装目录auto.cnf文件里对比server-uuid 是否一样，如果一样修改了不一样就行，或者删了文件重启mysql服务。

cat /var/lib/mysql/auto.cnf

保持server-uuid不一样即可

情况2：Slave_IO_Running为Connecting

发生Slave_IO_Running为Connecting的情况很多，大家可以参考这篇文章：花开城南,这篇文章基本归纳了出现Connecting的情况，但是，我的遇到问题还不是这里面的

查看报错信息

发现是密码的认证方式有问题，上网查了一下，该博主 周杰伦的稻香的解决方法可以，我采用的是第一种方法，但是每次重启服务器或者MySQL服务，都需要现在从服务器节点的MySQL上，登录一下主节点的MySQL，请求服务器公钥

mysql -u slave01 -p -h 192.168.3.131 -P3306 --get-server-public-key

​ 在这种情况下，服务器将RSA公钥发送给客户端，后者使用它来加密密码并将结果返回给服务器。插件使用服务器端的RSA私钥解密密码，并根据密码是否正确来接受或拒绝连接。

• 主从节点都重新停止主从复制，清空之前的主从复制配置信息
• 在从库配置change masrer to并且start slave，复制可以正常启动：

#主从节点都停止主从复制，在两个MySQL客户端中分别执行
#清空之前的主从复制配置信息
stop slave;
reset master;#从新配置主从复制
change master to master_host='192.168.3.131',master_user='slave01',master_password='123456',master_log_file='master-a-bin.000001',master_log_pos=156;

情况3：Slave_IO_Running为Connecting，报错：could not find first log file name in binary log index file

解决方法：

stop slave;
reset slave;
start slave;

情况4：主从服务器的MySQL的master状态不一致

重启过，配置信息会发生变化

因为之前已经创建过主节点服务器，需停掉之前的配置 再重新配置

stop slave;
reset master;

需要重新指定主节点服务器信息

change master to master_host='192.168.3.131',master_user='slave01',master_password='123456',master_log_file='master-a-bin.000002',master_log_pos=156;

主节点数据库备份操作

使用mysqldump命令，将test数据库备份下来

mysqldump -uroot -p'123456' -B test > /backup/mysql_bak.$(date +%F).sql.gz

远程发送到从节点上

scp /backup/mysql_bak.2024-04-01.sql.gz 192.168.3.137:/backup/

从库数据库还原操作

先创建数据库，否则没有数据库名，会报错

mysqldump -uroot -p'123456' -B test < /backup/mysql_bak.$(date +%F).sql.gz

从库已备份到主库的数据库

4.5 主从复制测试

在主节点创建数据库，名称为配置文件里需要同步的数据库名称，例如

create database db_test;

查看从节点，已经同步

创建一个表

CREATE TABLE `departments` (`department_id` int NOT NULL DEFAULT '0',`department_name` varchar(30) NOT NULL,`manager_id` int DEFAULT NULL,`location_id` int DEFAULT NULL,PRIMARY KEY (`department_id`),UNIQUE KEY `dept_id_pk` (`department_id`),KEY `dept_loc_fk` (`location_id`),KEY `dept_mgr_fk` (`manager_id`)
) 

可以看到，从节点也已经同步。

插入数据

INSERT INTO `departments` VALUES ('10', 'Administration', '200', '1700');

可以看到，数据也已经同步。