0%

MySQL高可用保证机制

发表于 分类于 阅读次数： Valine：
本文字数： 3.3k 阅读时长 ≈ 3 分钟

在一个主备关系中，每个备库接收主库的 binlog 并执行。正常情况下，只要主库执行更新生成的所有 binlog，都可以传到备库并被正确地执行，备库就能达到跟主库一致的状态，这就是最终一致性。但是，MySQL 要提供高可用能力，只有最终一致性是不够的。为什么这么说呢？今天我就着重和你分析一下。

这里，我再放一次双 M 结构的主备切换流程图。

图 1 MySQL 主备切换流程 -- 双 M 结构

1. 主备延迟

在介绍主备切换流程的详细步骤之前，我要先跟你说明一个概念，即“同步延迟”。与数据同步有关的时间点主要包括以下三个：

  1. 主库 A 执行完成一个事务，写入 binlog，我们把这个时刻记为 T1;
  2. 之后传给备库 B，我们把备库 B 接收完这个 binlog 的时刻记为 T2;
  3. 备库 B 执行完成这个事务，我们把这个时刻记为 T3。

所谓主备延迟，就是同一个事务，在备库执行完成的时间和主库执行完成的时间之间的差值，也就是 T3-T1。

你可以在备库上执行 show slave status 命令，它的返回结果里面会显示 seconds_behind_master，用于表示当前备库延迟了多少秒。

seconds_behind_master 的计算方法是这样的：

  1. 每个事务的 binlog 里面都有一个时间字段，用于记录主库上写入的时间；

  2. 备库取出当前正在执行的事务的时间字段的值，计算它与当前系统时间的差值，得到 seconds_behind_master。

可以看到，其实 seconds_behind_master 这个参数计算的就是 T3-T1。所以，我们可以 用 seconds_behind_master 来作为主备延迟的值，这个值的时间精度是秒。

需要说明的是，在网络正常的时候，日志从主库传给备库所需的时间是很短的，即 T2-T1 的值是非常小的。也就是说，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。

所以说，主备延迟最直接的表现是，备库消费中转日志（relay log）的速度，比主库生产 binlog 的速度要慢。接下来，我就和你一起分析下，这可能是由哪些原因导致的。

2. 主备延迟的来源

首先，有些部署条件下，备库所在机器的性能要比主库所在的机器性能差。当然，这种部署现在比较少了。因为主备可能发生切换，备库随时可能变成主库，所以主备库选用相同规格的机器，并且做对称部署，是现在比较常见的情况。

第二种常见的可能是备库的压力大。一般的想法是，主库既然提供了写能力，那么备库可以提供一些读能力。或者一些运营后台需要的分析语句，不能影响正常业务，所以只能在备库上跑。结果就是，备库上的查询耗费了大量的 CPU 资源，影响了同步速度， 造成主备延迟。

这种情况，我们一般可以这么处理：

  1. 一主多从。除了备库外，可以多接几个从库，让这些从库来分担读的压力。
  2. 通过 binlog 输出到外部系统，比如 Hadoop 这类系统，让外部系统提供统计类查询的能力。

其中，一主多从的方式大都会被采用。因为作为数据库系统，还必须保证有定期全量备份的能力。而从库，就很适合用来做备份。

第三种可能是大事务。大事务这种情况很好理解。因为主库上必须等事务执行完成才会写入 binlog，再传给备库。所以，如果一个主库上的语句执行 10 分钟，那这个事务很可能就会导致从库延迟 10 分钟。

3. 可靠性优先策略

在图 1 的双 M 结构下，从状态 1 到状态 2 切换的详细过程是这样的：

  1. 判断备库 B 现在的 seconds_behind_master，如果小于某个值（比如 5 秒）继续下一步，否则持续重试这一步；
  2. 把主库 A 改成只读状态，即把 readonly 设置为 true；
  3. 判断备库 B 的 seconds_behind_master 的值，直到这个值变成 0 为止；
  4. 把备库 B 改成可读写状态，也就是把 readonly 设置为 false；
  5. 把业务请求切到备库 B。

可以看到，这个切换流程中是有不可用时间的。因为在步骤 2 之后，主库 A 和备库 B 都处于 readonly 状态，也就是说这时系统处于不可写状态，直到步骤 5 完成后才能恢复。

在这个不可用状态中，比较耗费时间的是步骤 3，可能需要耗费好几秒的时间。这也是为什 么需要在步骤 1 先做判断，确保 seconds_behind_master 的值足够小。当然，系统的不可用时间，是由这个数据可靠性优先的策略决定的。你也可以选择可用性优先的策略，来把这个不可用时间几乎降为 0。

4. 可用性优先策略

如果我强行把步骤 4、5 调整到最开始执行，也就是说不等主备数据同步，直接把连接切到备库 B，并且让备库 B 可以读写，那么系统几乎就没有不可用时间了。我们把这个切换流程，暂时称作可用性优先流程。这个切换流程的代价，就是可能出现数据不一致的情况。

接下来，我就和你分享一个可用性优先流程产生数据不一致的例子。假设有一个表 t：

1
2
3
4
5
6
CREATE TABLE `t` (
 `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
 `c` int(11) unsigned DEFAULT NULL,
 PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;
insert into t(c) values(1),(2),(3);

这个表定义了一个自增主键 id，初始化数据后，主库和备库上都是 3 行数据。接下来，业务人员要继续在表 t 上执行两条插入语句的命令，依次是：

1
2
insert into t(c) values(4);
insert into t(c) values(5);

假设，现在主库上其他的数据表有大量的更新，导致主备延迟达到 5 秒。在插入一条 c=4 的语句后，发起了主备切换。

图 2 是可用性优先策略，且 binlog_format=mixed 时的切换流程和数据结果。

图 2 可用性优先策略，且 binlog_format=mixed

现在，我们一起分析下这个切换流程：

  1. 步骤 2 中，主库 A 执行完 insert 语句，插入了一行数据（4,4），之后开始进行主备切换。
  2. 步骤 3 中，由于主备之间有 5 秒的延迟，所以备库 B 还没来得及应用“插入 c=4”这个 中转日志，就开始接收客户端“插入 c=5”的命令。
  3. 步骤 4 中，备库 B 插入了一行数据（4,5），并且把这个 binlog 发给主库 A。
  4. 步骤 5 中，备库 B 执行“插入 c=4”这个中转日志，插入了一行数据（5,4）。而直接在备库 B 执行的“插入 c=5”这个语句，传到主库 A，就插入了一行新数据（5,5）。

最后的结果就是，主库 A 和备库 B 上出现了两行不一致的数据。可以看到，这个数据不一致，是由可用性优先流程导致的。那么，如果我还是用可用性优先策略，但设置 binlog_format=row，情况又会怎样呢？

因为 row 格式在记录 binlog 的时候，会记录新插入的行的所有字段值，所以最后只会有一行不一致。而且，两边的主备同步的应用线程会报错 duplicate key error 并停止。也就是说，这种情况下，备库 B 的 (5,4) 和主库 A 的 (5,5) 这两行数据，都不会被对方执行。

图 4 中我画出了详细过程，你可以自己再分析一下。

图 3 可用性优先策略，且 binlog_format=row

从上面的分析中，你可以看到一些结论：

  1. 使用 row 格式的 binlog 时，数据不一致的问题更容易被发现。而使用 mixed 或者 statement 格式的 binlog 时，数据很可能悄悄地就不一致了。如果你过了很久才发现数据不一致的问题，很可能这时的数据不一致已经不可查，或者连带造成了更多的数据逻辑不一致。
  2. 主备切换的可用性优先策略会导致数据不一致。因此，大多数情况下，我都建议你使用可靠性优先策略。毕竟对数据服务来说的话，数据的可靠性一般还是要优于可用性的。

聊到这里你就知道了，在满足数据可靠性的前提下，MySQL 高可用系统的可用性，是依赖于主备延迟的。延迟的时间越小，在主库故障的时候，服务恢复需要的时间就越短，可用性就越高。

------ 本文结束------