MySQL高级第十七篇：数据库主从复制原理及保证数据一致性

一、概述

1. 提升数据库的并发能力

• 在实际工作中，我们常常将Redis作为缓存与MySQL来配合使用，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。
  
• 此外，对于一般数据库应用而言，都是读多写少的，当数据库读取数据压力较大时，我们可以从成本较小的方案开始优化，可以首先考虑优化SQL和索引，其次就是缓存策略，最后才是主从架构。

2. 主从复制的作用？

• 第一：读写分离
  • 在读多写少的情况下，可以采用读写分离，主库当做写库，然后根据实际需要，选择使用多个读库，分散读的压力，提高并发性。
• 第二：数据备份
  • 主从复制其实就相当于一种热备份的机制。
• 第三：实现高可用
  • 数据备份其实就是一种冗余机制，当主服务器出现故障是时，可以切换到从服务器上，提高服务器可用性。

二、主从复制原理

• 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。
• 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。

• 总结起来就是三步：
  • 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）；
  • 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。
    

三、搭建一主一从环境

前边的文章已经有写过，这里就不在复述了，点击跳转: MySQL主从复制—有手就能学会的MySQL集群搭建教程

四、如何解决数据一致性问题？

• 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。

1. 方案一、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。
• 但这样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一致。
• 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一致性是最弱的。

2. 方案二、半同步复制

• 半同步复制的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。
  

3. 方案三、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。
• 组复制技术MGR很好地弥补了这两种复制模式的不足，它是MySQL在5.7.17版本中推出的一种新的数据复制技术，是基于Paxos协议的状态机复制。
• 简单说一下MGR的工作原理：
• 首先我们将多个节点共同组成一个复制组，在执行读写事务的时候，需要通过一致性协议层的同意，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。

事实上，Paxos算法远远不止这么简单，它经常被作为分布式一致算法广泛使用，比如zookeeper就是基于它实现的，后边写到zookeeper时还会详细分析…