MySQL并行复制，MySQL组复制，MySQL中的WriteSet，MySQL二阶段提交

【1】二阶段提交

（1.1）redo log 和 binlog 的关系

　　在MYSQL 里面  INNDOB的REDO LOG和MYSQL 的BINLOG 是两个独立体，不像ORACLE是时间上的关系。

　　因为MYSQL 里面可以包含多个存储引擎，每个引擎有自己的独立日志。

　　BINLOG是处于MYSQL的服务层，而REDO LOG 是INNDODB存储引擎层。

　　当一个事务涉及了多个存储引擎的时候，也就是跨了引擎。那么只有BINLOG记录的才是唯一正确的，而INNODB记录的只是事务修改了INNODB引擎的，而该事务修改别的引擎就无法记录了。

　　所以在MYSQL里面一切以BINLOG为主。

（1.2）redo log 组提交

　　所为组提交，是只一组事务一起提交。

　　innodb Redo log的刷盘操作将会是最终影响MySQL TPS的瓶颈所在。

　　虽然有innodb_flush_log_at_trx_commit 参数来提高性能,不过还是不给力.

该参数的有效值有 0、1、2：　　

　　0：事务提交时，不将重做日志缓冲写入磁盘，而是依靠 InnoDB 的主线程每秒执行一次刷新到磁盘。

　　1：事务提交时，会将重做日志缓冲写入磁盘，并且立即刷新

　　2：事务提交时，会将重做日志缓冲写入磁盘，但是不会立即进行刷新操作，因此只是写到了操作系统的缓冲区。

可以看到，只有1才能真正地保证事务的持久性，但是由于刷新操作 fsync() 是阻塞的，直到完成后才返回；

我们知道写磁盘的速度是很慢的，因此 MySQL 的性能会明显地下降。如果不在乎事务丢失，0和2能获得更高的性能。

 

 

虽然实现了REDO LOG的组提交，却挖了坑埋掉了BINLOG的主从关系，因为组提交导致了主从数据不一致。原本BINLOG和REDO LOG 之间如何协调的呢?

　　当事务提交的时候,BINLOG向各个存储引擎喊话,兄弟们我要提交了,各个兄弟收到了! 然后BINLOG听到了兄弟的回应后,就再不管兄弟们了,自己把日志同步到磁盘上,然后在BINLOG打下COMMIT标记而已。

 　　这坑就是 你兄弟玩组提交，我提交了你没提交，你大爷的中间时间主机崩溃了，启动了从库来当主库。

　　 从库起来后发现BINLOG该事务提交了，而INNODB里面毛该数据。本来在单实例中，恢复的时候INNODB会参考BINLOG，如果BINLOG该事务提交了，那我INNODB该事务没有提交就提交下。

　　如果BINLOG该事务没有提交，而我提交了则回滚掉。

（1.3）二阶段提交

　　就是解决这个BINLOG和REDO LOG 数据不一致性。其实呢分成了4个阶段，每个阶段都使用队列锁来控制。其实算法不好理解。总之是BINLOG和兄弟们之间加强了关系。

　　也就是BINLOG除了前面说的喊话后，收到了回应，还要等兄弟们把日志同步完，自己才做同步工作，然后给两个日志都打上COMMIT标记。

　　

详细步骤：

1. Prepare Innodb:

   a) Write prepare record to Innodb's log buffer 【写入 redo、undo log 的 缓存空间 】

   b) Sync log file to disk  -- redo 组提交【落盘】

   c) Take prepare_commit_mutex【那么这个锁 prepare_commit_mutex   就是 在组提交的时候 阻止其它事务打提交标志  促使 REDO LOG 组提交 和BIN LOG 组提交的事务顺序一致性】

2. "Prepare" binary log:

   a) Write transaction to binary log 【write() 写入到 File system cache 文件系统缓存 】

   b) Sync binary log based on sync_binlog【 fsync() 落盘到 binlog 实际文件】

3. Commit Innodb:

   a) Write commit record to log

   b) Release prepare_commit_mutex

   c) Sync log file to disk

   d) Innodb locks are released

4. "Commit" binary log:

   a) Nothing necessary to do here.

 

MySQL二阶段提交流程：

            （1）Storage Engine（InnoDB） transaction prepare阶段：即sql语句已经成功执行并生成redo和undo的内存日志，同时 redo log 已经落盘但 事务的commit 还没有到 存储引擎

            （2）Binary log日志提提交

  • write() 将binary log内存日志数据写入文件系统缓存
  • fsync() 将binary log 文件系统缓存日志数据永久写入磁盘

            （3）Storage Engine(InnoDB)内部提交

  • commit阶段在存储引擎内提交( innodb_flush_log_at_trx_commit控制)使undo和redo永久写入磁盘

    开启Binary log的MySQL在crash recovery时：

  • 当事务在prepare阶段crash，数据库recovery的时候该事务未写入Binary log并且存储引擎未提交，因为mysql 里以 binlog 为准，所以即使redo log 已经落盘也没用，依然会将该事务roll back。
  • 当事务在Binary log日志已经fsync()永久写入二进制日志时crash，但是存储引擎未来得及commit。
    • 此时MySQL数据库recovery的时候将会从二进制日志的Xid（MySQL数据库内部分布式事务XA）中获取提交的信息重新将该事务重做并commit使存储引擎和二进制日志始终保持一致。

事务提交的顺序

　　MySQL 的内部 XA 机制保证了单个事务在 binlog 和 InnoDB 之间的原子性，接下来我们需要考虑，在多个事务并发执行的情况下，怎么保证在 binlog 和 redolog 中的顺序一致？

　　

　　如上图：

　　（1）innodb 事务按照T1、T2、T3顺序开始执行

　　（2）将二进制日志（按照T1、T2、T3顺序）写入日志文件系统缓存，调用fsync() 进行一次group commit 将 binlog 日志文件永久写入磁盘

　　（3）但是存储引擎提交的顺序为T2、T3、T1。

　　（4）当T2、T3提交事务之后做了一个 On-line 的 mysqldump 或 企业版backup程序新建一个slave来做 replication（难道是因为 事务在 binlog 中提交顺序和 redo 不一样？导致）

　　　　  那么事务 T1在slave机器restore MySQL数据库的时候发现未在存储引擎内提交；

　　T1事务被roll back，此时主备数据不一致(搭建Slave时，change master to的日志偏移量记录T3在事务位置之后)。

结论：MySQL数据库上层二进制日志的写入顺序和存储引擎InnoDB层的事务提交顺序一致，用于备份及恢复需要，如xtrabackup和innobackpex工具。

早期解决方法

　　在 MySQL 5.6 版本之前，使用 prepare_commit_mutex 对整个 2PC 过程进行加锁，只有当上一个事务 commit 后释放锁，下个事务才可以进行 prepare 操作，这样完全串行化的执行保证了顺序一致。

　　存在的问题是，prepare_commit_mutex 的锁机制会严重影响高并发时的性能，在每个事务执行过程中， 都会至少调用 3 次刷盘操作（写 redolog，写 binlog，写 commit），多个小 IO 是非常低效的方式。

　　

图3可以看出在prepare_commit_mutex，只有当上一个事务commit后释放锁，下一个事务才可以进行prepara操作，并且在每个transaction过程中Binary log没有fsync()的调用。

由于内存数据写入磁盘的开销很大，如果频繁fsync()把日志数据永久写入磁盘数据库的性能将会急剧下降。

此时MySQL 数据库提供sync_binlog参数来设置多少个binlog日志产生的时候调用一次fsync()把二进制日志刷入磁盘来提高整体性能，该参数的设置作用：

  • sync_binlog=0，二进制日志fsync()的操作基于操作系统。

  • sync_binlog=1，每一个transaction commit都会调用一次fsync()，此时能保证数据最安全但是性能影响较大。

  • sync_binlog=N，当数据库crash的时候至少会丢失N-1个transactions。

图3 所示MySQL开启Binary log时使用prepare_commit_mutex和sync_log保证二进制日志和存储引擎顺序保持一致（通过sync_binlog来控制日志的刷新频率），prepare_commit_mutex的锁机制造成高并发提交事务的时候性能非常差而且二进制日志也无法group commit。

　　那么如何保证MySQL开启Binary Log日志后使二进制日志写入顺序和存储引擎提交顺序保持一致并且能够进行二进制日志的Group Commit？

 

MySQL 5.6 引入BLGC（Binary Log Group Commit）,二进制日志的提交过程分成三个阶段，Flush stage、Sync stage、Commit stage。

参考：binlog 组提交 http://blog.itpub.net/28218939/viewspace-1975809/

 

 

（1.4）binlog 组提交

BINLOG组提交

  搞个二阶段提交，性能又降下来了，瓶颈在BINLOG身上，那就解决BINLOG。 我们把BINLOG 也搞成组提交。并且和REDO LOG组提交同一起来。这样一来保证了数据，也保证了性能。真有两全齐美的办法！

 

sync_binlog参数

　　sync_binlog=0，当事务提交之后，MySQL不做fsync之类的磁盘同步指令刷新binlog_cache中的信息到磁盘，而让Filesystem自行决定什么时候来做同步，或者cache满了之后才同步到磁盘。

　　sync_binlog=n，当每进行n次事务提交之后，MySQL将进行一次fsync之类的磁盘同步指令来将binlog_cache中的数据强制写入磁盘。

　　这个参数跟innodb_flush_log_at_trx_commit 是一样的功能，只是调整的是不同的日志，SYSNC_BINLOG是调整BINLOG同步行为，也就是刷到磁盘的行为。

　　Tips：当引入Group Commit后，sync_binlog的含义就变了，假定设为1000，表示的不是1000个事务后做一次fsync，而是1000个事务组。

组提交参数：

        binlog_group_commit_sync_delay=N：在等待N μs后，开始事务刷盘。

        binlog_group_commit_sync_no_delay_count=N  N表示多少个事务打包成一组。

TIPS:参数binlog_group_commit_sync_delay，在MySQL 5.7.19中，如果该参数不为10的倍数，则会导致事务在Sync 阶段等待极大的时间，表现出来的现象就是执行的sql长时间无法返回。该bug已在MySQL 5.7.24和8.0.13被修复。

 

我又要这个保证数据写入磁盘,又要提高并发性 ,那么怎么办才好呢?

呵呵 就一组事务提交呗! 起码提高下下性能!

 

5.6 binlog 组提交

MySQL 5.6 引入BLGC（Binary Log Group Commit）,二进制日志的提交过程分成三个阶段，Flush stage、Sync stage、Commit stage。

那么事务提交过程简化为：

　　存储引擎（InnoDB) Prepare    ---->    数据库上层(Binary Log)   Flush Stage    ---->    Sync Stage    ---->    调存储引擎（InnoDB）Commit stage.

　　

为了提高并发性能，肯定要细化锁粒度。

MySQL 5.6 引入了 binlog 的组提交（group commit）功能，prepare 阶段不变，只针对 commit 阶段，将 commit 阶段拆分为三个过程：

  1. flush stage：多个线程按进入的顺序将 binlog 从 cache 写入文件（OS 缓存）（不刷盘）；
  2. sync stage：对 binlog 文件做 fsync 操作（OS缓存中的数据 多个线程的 binlog 合并一次刷盘到实际 binlog 文件）；
  3. commit stage：各个线程按顺序做 InnoDB commit 操作。

其中，每个阶段有 lock 进行保护，因此保证了事务写入的顺序。

　　实现方法是

　　（1）在每个 stage 设置一个队列，第一个进入该队列的线程会成为 leader，后续进入的线程会阻塞直至完成提交。

　　（2）leader 线程会领导队列中的所有线程执行该 stage（阶段） 的任务，并带领所有 follower 进入到下一个 stage 去执行，当遇到下一个 stage（阶段） 为非空队列时，leader 会变成 follower 注册到此队列中。

这种组提交的优势在于锁的粒度减小，三个阶段可以并发执行，从而提升效率。

 

5.7 组提交优化

延迟写 redo 到 group commit 阶段

MySQL 5.6 的组提交逻辑中，每个事务各自做 prepare 并写 redo log，只有到了 commit 阶段才进入组提交，因此每个事务的 redolog sync 操作成为性能瓶颈。

在 5.7 版本中，修改了组提交的 flush 阶段，在 prepare 阶段不再让线程各自执行 flush redolog 操作，而是推迟到组提交的 flush 阶段，flush stage 修改成如下逻辑：

  1. 收集组提交队列，得到 leader 线程，其余 follower 线程进入阻塞；
  2. leader 调用 ha_flush_logs 做一次 redo write/sync，即，一次将所有线程的 redolog 刷盘；
  3. 将队列中 thd 的所有 binlog cache 写到 binlog 文件中。

这个优化是将 redolog 的刷盘延迟到了 binlog group commit 的 flush stage 之中，sync binlog 之前。

通过延迟写 redolog 的方式，为 redolog 做了一次组写入，这样 binlog 和 redolog 都进行了优化。

为了更好的理解组提交的过程，可以参考这篇文章中的图解：[图解MySQL]MySQL组提交(group commit)

 

（1.5）深入 flush 、sync、commit 三个阶段（5.7及以后）

详细见：图解binlog 组提交 https://blog.csdn.net/cymm_liu/article/details/106030636

　　

　　

 

 　 

Flush 阶段 (图中第一个渡口)

  • 首先获取队列中的事务组

  • 将Redo log中prepare阶段的数据刷盘( 图中Flush Redo log )

  • 将binlog数据写入文件系统的缓冲，并不能保证数据库崩溃时binlog不丢失 (图中 Write binlog )

  • Flush 阶段队列的作用是提供了Redo log的组提交

  • 如果在这一步完成后数据库崩溃，由于协调者binlog中不保证有该组事务的记录，所以MySQL可能会在重启后回滚该组事务

Sync 阶段 (图中第二个渡口)

  • 这里为了增加一组事务中的事务数量，提高刷盘收益，MySQL使用两个参数控制获取队列事务组的时机：

　　　　binlog_group_commit_sync_delay=N：在等待N μs后，开始事务刷盘(图中Sync binlog)

　　　　binlog_group_commit_sync_no_delay_count=N：如果队列中的事务数达到N个，就忽视binlog_group_commit_sync_delay的设置，直接开始刷盘(图中Sync binlog)

  • Sync 阶段队列的作用是支持 binlog的组提交

  • 如果在这一步完成后数据库崩溃，由于协调者binlog中已经有了事务记录，MySQL会在重启后通过Flush 阶段中Redo log刷盘的数据继续进行事务的提交

Commit 阶段 (图中第三个渡口)

  • 首先获取队列中的事务组

  • 依次将Redo log中已经prepare的事务在引擎层提交(图中InnoDB Commit)

  • Commit 阶段不用刷盘，如上所述，Flush阶段中的Redo log刷盘已经足够保证数据库崩溃时的数据安全了

  • Commit 阶段队列的作用是承接 Sync 阶段的事务，完成最后的引擎提交，使得Sync可以尽早的处理下一组事务，最大化组提交的效率

缺陷分析：

　　本文最后要讨论的bug(可通过阅读原文查看)就是来源于Sync 阶段中的那个binlog参数binlog_group_commit_sync_delay，在MySQL 5.7.19中，如果该参数不为10的倍数；

　　则会导致事务在Sync 阶段等待极大的时间，表现出来的现象就是执行的sql长时间无法返回。该bug已在MySQL 5.7.24和8.0.13被修复。

【2】MySQL 并行复制

　　MySQL 8.0 可以说是MySQL发展历史上里程碑式的一个版本，包括了多个重大更新，目前 Generally Available 版本已经已经发布，正式版本即将发布;

在此将介绍8.0版本中引入的一个重要的新特性————基于 WriteSet 的并行复制方案，此方案号称是彻底解决困扰MySQL运维人员多年的复制延迟问题。

说到并行复制，这里简单的回顾一下各个版本的MySQL复制的演进，以帮助理解8.0版本中对并行复制MTS的优化。

 

MySQL 主从复制模型

一切都要从MySQL的主从复制模型开始说起，下图是最经典的MySQL主从复制模型架构图

MySQL 复制模型

 

MySQL的主从架构依赖于 MySQL Binlog 功能， Master节点上产生Binlog并将Binlog写入到Binlog文件中。

　　Slave节点上启动两个线程：一个IO线程，从MySQL上捞取Binlog日志并写入到本地的RelayLog日志；

　　另一个SQL线程，不断的从RelayLog日志中读取日志，并解析执行。

　　这样通过在主机和从机上增加几个文件的顺序读写操作，就可以保证所有在主机上执行过的SQL语句都在从机上一摸一样的执行过一遍。而复制延迟，指的就是一个事务在Master执行完成以后，要多久以后才能在Slave上执行完成。

由于对Binlog文件以及RelayLog文件的读写均为顺序操作，在生产环境中，Slave上的IO线程对Binlog文件的Dump操作是很少产生延迟的。 实际上，从MySQL 5.5 开始，MySQL官方提供了半同步复制插件，每个事务的Binlog需要保证传输到Slave写入 RelayLog 后才能提交，这种架构在主从之间提供了数据完整性，保证了主机在发生故障后从机可以拥有完整的数据副本。因此，复制延迟通常发生在SQL线程执行的过程中。从架构图上可以看到，最早的主从复制模型中，只有一个线程负责执行 Relaylog，也就是说所有在主机上的操作，在从机上是串行回放的。 这就带来一个问题，如果主上写入压力比较大，那么从上的回放速度很有可能会一直跟不上主。（除此之外，MySQL的架构决定了Binlog只有在Commit阶段才会写入Binlog文件并Dump给从机，这也导致主从事务必然有执行延迟，这个问题在大事务中体现的特别明显，不过这个问题就不在本文的讨论范围内了）

既然主从延迟的问题是单线程回放RelayLog太慢，那么减少主从延迟的方案自然就是提高从机上回放RelayLog 的并行度。

 

5.6中的并行复制————Schema级别的并行复制

 

MySQL官方在5.6中引入了一个比较简单并行复制方案，其架构如下：（图片来自姜承尧老师的博客）

 

红色框部分为并行回放的关键，5.6中若开启并行回放的功能，便会启动多个WorkThread ，而原来负责回放的SQLThread会转变成Coordinator角色，负责判断事务能否并行执行并分发给WorkThread。

如果事务分别属于不同的Schema，并且不是DDL语句且没有跨Schema操作，那么就可以并行回放，否则需要等所有Worker线程执行完成后再执行当前日志中的内容。

这种并行回放是Schema级别的并行，如果实例上有多个Schema将会因此收益，而如果实例上只有一个Schema，那么事务将无法并行回放，而且还会因多了分发的操作导致效率略微下降。而在实际应用中，单库多表才是更常见的情况。

 

5.7中的并行复制————基于Group Commit 的并行复制

 深入并行复制参考：并行复制的演变

虽然5.6中的并行复制在大多数应用场景中对回放速度的提升不大，但是该架构却成为了后来MySQL并行复制的基础——既在Slave上并行回放RelayLog，SQL线程负责判断能否并行回放，并分配给Work线程回放。

5.6 中引入Group Commit技术，这是为了解决事务提交的时候需要fsync导致并发性不够而引入的。简单来说，就是由于事务提交时必须将Binlog写入到磁盘上而调用fsync，这是一个代价比较高的操作，事务并发提交的情况下，每个事务各自获取日志锁并进行fsync会导致事务实际上以串行的方式写入Binlog文件，这样就大大降低了事务提交的并发程度。5.6中采用的Group Commit技术将事务的提交阶段分成了 Flush, Sync, Commit 三个阶段，每个阶段维护一个队列，并且由该队列中第一个线程负责执行该步骤，这样实际上就达到了一次可以将一批事务的Binlog fsync到磁盘的目的，这样的一批同时提交的事务称为同一个Group的事务。

Group Commit 虽然是属于并行提交的技术，但是却意外的解决了从机上事务并行回放的一个难题————既如何判断哪些事务可以并行回放。如果一批事务是同时Commit的，那么这些事务必然不会互斥的持有锁，也不会有执行上的相互依赖，因此这些事务必然可以并行的回放。

因此MySQL 5.7 中引入了新的并行回放类型， 由参数 slave_parallel_type决定，默认值DATABASE将会采用5.6版本中的SCHEMA级别的并行回放，设置为 LOGICAL_LOCK 则会采用基于GroupCommit的并行回放，同一个Group内的事务将会在Slave上并行回放。

为了标记事务所属的组，MySQL 5.7 版本在产生 Binlog 日志时会有两个特殊的值记录在Binlog Event中， last_committed 和 sequence_number , 其中 last_committed 指的是该事务提交时，上一个事务提交的编号，sequence_number 是事务提交的序列号，在一个Binlog文件内单调递增。如果两个事务的 last_committed 值一致，这两个事务就是在一个组内提交的。

 

root@localhost:~# mysqlbinlog mysql-bin.0000006 | grep last_committed
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 259 CRC32 0x4ead9ad6 GTID last_committed=0 sequence_number=1
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 1483 CRC32 0xdf94bc85 GTID last_committed=0 sequence_number=2
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 2708 CRC32 0x0914697b GTID last_committed=0 sequence_number=3
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 3934 CRC32 0xd9cb4a43 GTID last_committed=0 sequence_number=4
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 5159 CRC32 0x06a6f531 GTID last_committed=0 sequence_number=5
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 6386 CRC32 0xd6cae930 GTID last_committed=0 sequence_number=6
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 7610 CRC32 0xa1ea531c GTID last_committed=6 sequence_number=7
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 8834 CRC32 0x96864e6b GTID last_committed=6 sequence_number=8
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 10057 CRC32 0x2de1ae55 GTID last_committed=6 sequence_number=9
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 11280 CRC32 0x5eb13091 GTID last_committed=6 sequence_number=10
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 12504 CRC32 0x16721011 GTID last_committed=6 sequence_number=11
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 13727 CRC32 0xe2210ab6 GTID last_committed=6 sequence_number=12
#150520 14:23:11 server id 88 end_log_pos 14952 CRC32 0xf41181d3 GTID last_committed=12 sequence_number=13

 

 

如上 binlog 文件中， sequence_number 1-6 的事务 last_committed 都是0 ，因此属于同一个组，可以在slave上并行回放， 7-12的last_committed 都是6，也属于同一个组，因此可以并行回放。

5.7 中引入的基于Logical_Lock极大的提高了在主机并发压力比较大的情况下，从机上的回放速度。基本上做到了主机上如何提交的，在从机上如何回放。

 

MySQL MGR 中的 WriteSet

 

在5.7中基于逻辑时钟 Logical_Clock 的并行复制任然有不尽人意的地方，必须是在主上并行提交的事务才能在从上并行回放，如果主上并发压力不大，那么就无法享受到并行复制带来的好处。5.7 中引入了 binlog_group_commit_sync_delay 和 binlog_group_commit_sync_no_delay_count 两个参数，通过让Binlog在执行 fsync 前等待一小会来提高Master上组提交的比率。但是无论如何，从上并行回放的速度还是取决于主上并行提交的情况。

MySQL 8.0中引入了一种新的机制来判断事务能否并行回放，通过检测事务在运行过程中是否存在写冲突来决定从机上的回放顺序，这使得从机上的并发程度不再依赖于主机。

事实上，该机制在 MySQL 5.7.20 版本中就已经悄悄的应用了。5.7.20版本引入了一个重要的特性： Group Replication，通过Paxso协议在多个MySQL节点间分发binlog，使得一个事务必须在集群内大多数节点(N/2+1)上提交成功才能提交。为了支持多主写入，MySQL MRG 在Binlog分发节点完成后，通过一个 Certify 阶段来决定Binlog中的事务是否写入RelayLog 中。这个过程中，Certify 阶段采用的就是WriteSet的方式验证事务之间是否存在冲突，同时，在写入RelayLog 时会将没有冲突的事务的 last_committed 值设置为相同的值。

比如在5.7.20中，进行如下操作：

 

> -- create a group replication cluster.
> STOP GROUP_REPLICATION; START GROUP_REPLICATION;
Query OK, 0 rows affected (9.10 sec)
​
> -- All the next commands on the primary member of the group:
> CREATE DATABASE test_ws_mgr ;
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)
​
> CREATE TABLE  test_ws_mgr.test ( id int primary key auto_increment, str varchar(64) not null );
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)
​
> INSERT INTO test_ws_mgr.test(`str`) VALUES ("a");
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)
​
> INSERT INTO test_ws_mgr.test(`str`) VALUES ("b");
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)
​
> INSERT INTO test_ws_mgr.test(`str`) VALUES ("c");
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

 

 

以上代码在一个MGR 集群中创建了一个数据库和一个INNODB表，并插入了三条记录。这个时候，如何查询Primary 节点上的Binlog，可能会得到如下结果

 

# mysqlbinlog mysql-bin.N | grep last_ |  sed -e 's/server id.*last/[...] last/' -e 's/.rbr_only.*/ [...]/'
#180106 19:31:59 [...] last_committed=0 sequence_number=1 [...] -- CREATE DB
#180106 19:32:02 [...] last_committed=1 sequence_number=2 [...] -- CREATE TB
#180106 19:32:05 [...] last_committed=2 sequence_number=3 [...] -- INSERT a
#180106 19:32:08 [...] last_committed=3 sequence_number=4 [...] -- INSERT b
#180106 19:32:11 [...] last_committed=4 sequence_number=5 [...] -- INSERT c

 

 

可以看到，由于是在一个Session中，这些操作按着串行的顺序有着不同的 last_committed , 正常情况下，这些BinlogEvent应该在从机上同样以串行的方式回放。我们看一下在MGR集群中的relaylog 情况。

 

# mysqlbinlog mysql-relay.N | grep -e last_  |  sed -e 's/server id.*last/[...] last/' -e 's/.rbr_only.*/ [...]/'
#180106 19:31:36 [...] last_committed=0 sequence_number=0 [...]
#180106 19:31:36 [...] last_committed=1 sequence_number=2 [...] -- CREATE DB
#180106 19:31:36 [...] last_committed=2 sequence_number=3 [...] -- CREATE TB
#180106 19:31:36 [...] last_committed=3 sequence_number=4 [...] -- INSERT a
#180106 19:31:36 [...] last_committed=3 sequence_number=5 [...] -- INSERT b
#180106 19:31:36 [...] last_committed=3 sequence_number=6 [...] -- INSERT c

 

 

有趣的是，在 Secondary 节点的 RelayLog 中, 这些事务有着相同的 last_committed 值，也就是说这些事务在MGR集群中，回放的时候可以以并行的方式回放。

MGR中，使用的正是 WriteSet 技术检测不同事务之间是否存在写冲突，并重规划了事务的并行回放，这一技术在8.0中被移到了Binlog生成阶段，并采用到了主从复制的架构中。

 

MySQL 8.0 中的并行复制

 

说了这么多，终于讲到 MySQL 8.0 ， 通过以上描述，读者应该对 MySQL 8.0 中并行复制的优化的原理有了一个大致的轮廓。通过基于 WriteSet 的冲突检测，在主机上产生 Binlog 的时候，不再基于组提交，而是基于事务本身的更新冲突来确定并行关系。

 

相关的 MySQL 参数

 

　　MySQL 8.0 中引入参数 binlog_transaction_depandency_tracking 用于控制如何决定事务的依赖关系。该值有三个选项：默认的 COMMIT_ORDERE 表示继续使用5.7中的基于组提交的方式决定事务的依赖关系；WRITESET 表示使用写集合来决定事务的依赖关系；还有一个选项 WRITESET_SESSION 表示使用 WriteSet 来决定事务的依赖关系，但是同一个Session内的事务不会有相同的 last_committed 值。

　　在代码实现上，MySQL采用一个 vector<uint64> 的变量存储已经提交的事务的HASH值，所有已经提交的事务的所修改的 主键和非空的 UniqueKey 的值经过HASH后与该vector中的值对比，以判断当前提交的事务是否与已经提交的事务更新了同一行，并以此确定依赖关系。该向量的大小由参数 binlog_transaction_dependency_history_size 控制，取值范围为 1-1000000 ，初始默认值为 25000。 同时有参数 transaction_write_set_extraction 控制检测事务依赖关系时采用的HASH算法，有三个取值 OFF| XXHASH64 | MURMUR32， 如果 binlog_transaction_depandency_tracking 取值为 WRITESET 或 WRITESET_SESSION, 那么该值取值不能为OFF，且不能变更。

 

WriteSet 依赖检测条件

 

WriteSet 是通过检测两个事务是否更新了相同的记录来判断事务能否并行回放的，因此需要在运行时保存已经提交的事务信息以记录历史事务更新了哪些行。记录历史事务的参数为 binlog_transaction_dependency_history_size. 该值越大可以记录更多的已经提交的事务信息，不过需要注意的是，这个值并非指事务大小，而是指追踪的事务更新信息的数量。在开启了 WRITESET 或 WRITESET_SESSION 后，MySQL 按以下的方式标识并记录事务的更新。

  • 如果事务当前更新的行有主键（Primary Key），则将 HASH(DB名，TABLE名，KEY名称，KEY_VALUE1, KEY_VALUE2,.....) 加入到当前事务的 vector write_set 中。

  • 如果事务当前更新的行有非空的唯一键 （Unique Key Not NULL）， 同样将 HASH(DB名, TABLE名，KEY名, KEY_VALUE1, ....)加入到当前事务的 write_set 中。

  • 如果事务更新的行有外键约束( FOREIGN KEY )且不为空，则将该 外键信息与VALUE 的HASH加到当前事务的 write_set 中

  • 如果事务当前更新的表的主键是其他某个表的外键，并设置当前事务 has_related_foreign_key = true

  • 如果事务更新了某一行且没有任何数据被加入到 write_set 中，则标记当前事务 has_missing_key = true

在执行冲突检测的时候，先会检查 has_related_foreign_key 和 has_missing_key ， 如果为true， 则退到 COMMIT_ORDER 模式。否则，会依照事务的 write_set 中的HASH值与已提交的事务的 write_set 进行比对，如果没有冲突，则当前事务与最后一个已提交的事务共享相同的 last_commited, 否则将从全局已提交的 write_set 中删除那个冲突的事务之前提交的所有write_set，并退化到 COMMIT_ORDER 计算last_committed 。 每次计算完事务的 last_committed 值以后，检测当前全局已提交事务的 write_set 是否已经超过了 binlog_transaction_dependency_history_size 设置的值，如果超过，则清空已提交事务的全局 write_set。

从检测条件上看，该特性依赖于 主键和唯一索引，如果事务涉及的表中没有主键且没有唯一非空索引，那么将无法从此特性中获得性能的提升。除此之外，还需要将 Binlog 格式设置为 Row 格式。

 

性能提升

 

MySQL High Availability 对开启了WriteSet的复制性能做了测试，这里直接将测试结果搬运过来，有兴趣的可以直接访问原博客

测试时通过Sysbench 先在主机上执行100W条事务，然后开启Slave的复制线程，测试环境在Xeon E5-2699-V3 16核主机上执行，以下是测试结果

 

 

 

可以看到，在客户端线程比较少的时候，WRITESET 具有最好的性能，在只有一个连接的时候 WRITESET_SESSION 和 COMMIT_ORDER 差别不大。

 

结论

缺点：

　　在写入压力较大的情况下，从库很容易死锁，死锁回放失败后，从库就会导致停止回放操作；

　　一般重新restart 可以，但是有时候也不行，直接重建了

优点

　　从 MySQL Hight Availability 的测试中可以看到，开启了基于 WriteSet 的事务依赖后，对Slave上RelayLog回放速度提升显著。

　　Slave上的 RelayLog 回放速度将不再依赖于 Master 上提交时的并行程度，使得Slave上可以发挥其最大的吞吐能力， 这个特性在Slave上复制停止一段时间后恢复复制时尤其有效。

　　这个特性使得 Slave 上可能拥有比 Master 上更大的吞吐量，同时可能在保证事务依赖关系的情况下，在 Slave 上产生 Master 上没有产生过的提交场景，事务的提交顺序可能会在 Slave 上发生改变。

虽然在5.7 的并行复制中就可能发生这种情况，不过在8.0中由于 Slave 上更高的并发能力，会使该场景更加常见。

通常情况下这不是什么大问题，不过如果在 Slave 上做基于 Binlog 的增量备份，可能就需要保证在 Slave 上与Master 上一致的提交顺序，这种情况下可以开启 slave_preserve_commit_order 这是一个 5.7 就引入的参数，可以保证 Slave 上并行回放的线程按 RelayLog 中写入的顺序 Commit。

 

参考：

 

基本理解 Mysql 组提交与二阶段提交：http://mysql.taobao.org/monthly/2020/05/07/

图解 Mysql 二阶段提交和组提交：https://mp.weixin.qq.com/s/eMwd6ogZtjHYNGGmacBSSA

图文讲解 mysql组提交：https://blog.csdn.net/cymm_liu/article/details/106030636

八怪好文：深入innodb事务提交层面：https://www.jianshu.com/p/6e0494d88e61

 转自：https://www.cnblogs.com/DataArt/p/10240093.html

http://jfg-mysql.blogspot.jp/2018/01/an-update-on-write-set-parallel-replication-bug-fix-in-mysql-8-0.html

http://jfg-mysql.blogspot.jp/2018/01/write-set-in-mysql-5-7-group-replication.html

https://mysqlhighavailability.com/improving-the-parallel-applier-with-writeset-based-dependency-tracking/

 

posted @ 2022-03-28 18:36  郭大侠1  阅读(728)  评论(0)  编辑  收藏  举报