MySQL 主从复制与读写分离

目录

• 一、前言
• 二、MySQL 主从复制
  • 1. MySQL的复制类型
  • 2. MySQL 主从复制的工作过程
  • 3. 数据库主从数据不一致解决方案
  • 4. MySQL从服务器挂了 恢复后怎么保证数据同步？
  • 5. 半同步复制什么情况下会降为异步复制？什么时候又会恢复同步复制？
• 三、MySQL主从复制延迟原因和优化方法
  • 1. 主从复制延迟原因
  • 2. 优化方法
• 四、MySQL主从复制的几个同步模式
• 五、MySQL 主从复制实例
  • 1. 主从服务器时间同步
  • 2. 主服务器的 MySQL 配置
  • 3. 从服务器的 MySQL 配置
  • 4. 测试数据同步
• 六、MySQL 读写分离
  • 1. 什么是读写分离
  • 2. 为什么要读写分离呢
  • 3. 什么时候要读写分离
  • 4. 主从复制与读写分离
  • 5. MySQL读写分离原理
  • 6. 目前较为常见的MySQL读写分离分为以下两种
    • （1）基于程序代码内部实现
    • （2）基于中间代理层实现
• 七、搭建 MySQL 读写分离实例
  • 1. Amoeba 服务器配置
  • 2. 客户端安装mariadb数据库

一、前言

在企业应用中，成熟的业务通常数据量都比较大

单台MySQL在安全性、高可用性和高并发方面都无法满足实际的需求

配置多台主从数据库服务器以实现读写分离

二、MySQL 主从复制

主-从进行复制

为什么复制?保证数据完整性

谁复制谁?salve角色复制master角色的数据

数据放在哪?二进制日志文件中mySQL-bin.00000x --> 记录完整SQL,slave复制二进制日志到本地节点，保存为中继日志文件方式

最后基于这个中继日志，进行“恢复”操作，将执行的SQL同步执行在自己的数据库内部，最终达到与master数据一致性

1. MySQL的复制类型

（1） STATEMENT：基于语句的复制。在服务器上执行SQL语句，在从服务器上执行同样的语句，mySQL默认采用基于语句的复制（5.7版本之前），执行效率高。高并发的情况可能会出现执行顺序的误差，事务的死锁。

（2）ROW：基于行的复制。把改变的内容复制过去，而不是把命令在从服务器上执行一 遍。精确，但效率低，保存的文件会更大。（5.7版本之后默认采用ROW模式）

（3）MIXED：混合类型的复制。默认采用基于语句的复制，一旦发现基于语句无法精确复制时，就会采用基于行的复制。更智能，所以大部分情况下使用MIXED。

2. MySQL 主从复制的工作过程

Master节点需要开启二进制日志，Slave节点需要开启中继日志。

（1）Master 节点将数据的改变记录成二进制日志（bin log） ，当Master上的数据发生改变时（增删改），则将其改变写入二进制日志中。

（2）Slave节点会在一定时间间隔内对Master的二进制日志进行探测其是否发生改变，如果发生改变，则开始一个I/O线程请求Master的二进制事件。（请求二进制数据）

（3）同时Master 节点为每个I/O线程启动一个dump线程，用于通知和向其发送二进制事件，I/O线程接收到bin-log内容后，将内容保存至slave节点本地的中继日志（Relay log）中，Slave节点将启动SQL线程从中继日志中读取二进制事件，在本地重放，即解析成SQL 语句逐一执行，使得其数据和Master节点的保持一致。最后I/O线程和SQL线程将进入睡眠状态，等待下一次被唤醒。

架构

master 二进制日志文件

slave 中继日志

i/o 线程

dump 线程

SQL 线程

注意：

• 中继日志通常会位于 OS 缓存中，所以中继日志的开销很小。
• 复制过程有一个很重要的限制，即复制在 Slave上是串行化的，也就是说 Master上的并行更新操作不能在 Slave上并行操作。
• 半同步复制，会多一个ack确认线程（ack collector thread），专门用于接收slave 的反馈信息（收集slave节点返回的ack信息）。

3. 数据库主从数据不一致解决方案

方法一：忽略错误后，继续同步

该方法适用于主从库数据相差不大，或者要求数据可以不完全统一的情况，数据要求不严格的情况。

方式二：重新做主从，完全同步

该方法适用于主从库数据相差较大，或者要求数据完全统一的情况

4. MySQL从服务器挂了 恢复后怎么保证数据同步？

• 物理方法： rsync 磁盘文件同步。 使用文件恢复，主节点需要停服务。
• 主从复制： 将从节点原有库删除，通过偏移量，重新做一次主从复制。

5. 半同步复制什么情况下会降为异步复制？什么时候又会恢复同步复制？

• 当半同步复制发生超时（由rpl_semi_sync_master_timeout 参数控制，默认为10000ms， 即10s），会暂时关闭半同步复制，转而使用异步复制，也就是会自动降为异步工作。
• 当malster dump 线程发送完一个事务的所有事件之后，如果在rpl_ semi_sync_master_ timeout 内，收到了从库的响应，则主从又重新恢复为半同步复制。

三、MySQL主从复制延迟原因和优化方法

1. 主从复制延迟原因

master服务器高并发，形成大量事务。

网络延迟。

主从硬件设备导致（cpu主频、内存IO、硬盘IO）。

是同步复制，而不是异步复制。

2. 优化方法

• 从库优化MySQL参数。比如增大innodb_buffer_pool_size，让更多操作在MySQL内存中完成，减少磁盘操作。
• 从库使用高性能主机。包括cpu强悍、内存加大。避免使用虚拟云主机，使用物理主机，这样提升了I/O方面性。
• 从库使用SSD磁盘。
• 网络优化，避免跨机房实现同步。

四、MySQL主从复制的几个同步模式

1、异步复制（Asynchronous replication）

MySQL默认的复制即是异步的，主库在执行完客户端提交的事务后会立即将结果返给客户端，并不关心从库是否已经接收并处理，这样就会有一个问题，主如果崩溃掉了，此时主已经提交的事务可能并没有传到从上，如果此时，强行将从提升为主，可能导致新主上的数据不完整。

2、全同步复制（Fully synchronous replication）

指当主库执行完一个事务，所有的从库都执行了该事务才返回给客户端。因为需要等待所有从库执行完该事务才能返回，所以全同步复制的性能必然会收到严重的影响。

3、半同步复制（Semisynchronous replication）

介于异步复制和全同步复制之间，主库在执行完客户端提交的事务后不是立刻返回给客户端，而是等待至少一个从库接收到并写到relay log中才返回给客户端。相对于异步复制，半同步复制提高了数据的安全性，同时它也造成了一定程度的延迟，这个延迟最少是一个TCP/IP往返的时间。所以，半同步复制最好在低延时的网络中使用。

五、MySQL 主从复制实例

异步复制步骤

• 主从服务器时间同步。
• 配置主服务器，修改其配置文件，在主数据库中创建一个同步账号授权给从数据库使用。
• 配置从数据库，修改其配置文件，在从数据库中配置同步。
• 验证能否同步成功。

实验环境

都装有mysql-5.7

server：192.168.23.100

slave1：192.168.23.105

slave2：192.168.23.110

1. 主从服务器时间同步

（1）master 服务器配置

安装ntp、修改配置文件

yum -y install ntp ntpdate

vim /etc/ntp.conf
# 在文件末尾添加

# 设置本地时钟源，注意修改网段
server 127.127.23.0
# 设置时间层级为8（限制在15以内）
fudge 127.127.23.0 stratum 8

:wq!

# 开启 ntpd 服务
systemctl start ntpd

（2）两台从服务器配置

yum -y install ntp ntpdate

# 和主服务器进行时间同步
/usr/sbin/update 192.168.23.100

# 设定定时任务，每30分钟同步一次
crontab -e
30 * * * * /usr/sbin/update 192.168.23.100

:wq!

2. 主服务器的 MySQL 配置

修改配置文件，创建一个同步账号授权给从数据库使用。

vim /etc/my.cnf
# 在mysqld模块下修改一下内容
[mysqld]
# 开启二进制日志文件（之后生成的日志名为master-bin）
log_bin=master-bin
# 开启从服务器日志同步
log_slave-updates=true
# 主服务器id为1（不可重复）
server_id = 1

:wq!

# 重启 MySQL 服务
systemct restart mysqld


# 登录 MySQL
mysql -uroot -p123123
# 给从服务器提权，允许使用slave的身份复制master的所有数据库的所有表，并指定密码为123123
grant replication slave on *.* to 'myslave'@'192.168.23.%' identified by '123123';
flush privileges;

# 查看master数据库状态
show master status;

3. 从服务器的 MySQL 配置

# slave1 的配置，slave2 的配置一致
vi /etc/my.cnf
# 开启二进制日志文件
log-bin=slave1-bin
# 设置server id为2，slave2为3
server_id = 2
# 从主服务器上同步日志文件记录到本地
relay-log=relay-log-bin
# 定义relay-log的位置和名称（index索引） 
relay-log-index=slave-relay-bin.index

:wq!

# 重启MySQL服务
systemctl restart mysqld

# 进入 mysql
mysql -u root -p123123

# 配置同步，注意 master_log_file 和 master_log_pos 的值要与Master查询的一致
change master to master_host='192.168.23.100',master_user='myslave',master_password='123123',master_log_file='master-bin.000001',master_log_pos=603;

# 启动同步，如有报错执行 reset slave;
start slave;  
# 查看 Slave 状态
show slave status\G

4. 测试数据同步

在主服务器上创建一个数据库，在从服务器上查看

create database sql1;

六、MySQL 读写分离

1. 什么是读写分离

读写分离，基本的原理是让主数据库处理事务性增、改、删操作（INSERT、UPDATE、DELETE），而从数据库处理SELECT查询操作。数据库复制被用来把事务性操作导致的变更同步到集群中的从数据库。

2. 为什么要读写分离呢

因为数据库的“写”（写10000条数据可能要3分钟）操作是比较耗时的。
但是数据库的“读”（读10000条数据可能只要5秒钟）。
所以读写分离，解决的是，数据库的写入，影响了查询的效率。

3. 什么时候要读写分离

数据库不一定要读写分离，如果程序使用数据库较多时，而更新少，查询多的情况下会考虑使用。利用数据库主从同步，再通过读写分离可以分担数据库压力，提高性能。

4. 主从复制与读写分离

在实际的生产环境中，对数据库的读和写都在同一个数据库服务器中，是不能满足实际需求的。无论是在安全性、高可用性还是高并发等各个方面都是完全不能满足实际需求的。因此，通过主从复制的方式来同步数据，再通过读写分离来提升数据库的并发负载能力。有点类似于rsync，但是不同的是rsync是对磁盘文件做备份，而mysql主从复制是对数据库中的数据、语句做备份。

5. MySQL读写分离原理

• 读写分离就是只在主服务器上写，只在从服务器上读。
• 基本的原理是让主数据库处理事务性操作，而从数据库处理select查询。
• 数据库复制被用来把主数据库上事务性操作导致的变更，同步到集群中的从数据库。

6. 目前较为常见的MySQL读写分离分为以下两种

（1）基于程序代码内部实现

在代码中根据select、insert进行路由分类，这类方法也是目前生产环境应用最广泛的。

优点是性能较好，因为在程序代码中实现，不需要增加额外的设备为硬件开支；缺点是需要开发人员来实现，运维人员无从下手。

但是并不是所有的应用都适合在程序代码中实现读写分离，像一些大型复杂的Java应用，如果在程序代码中实现读写分离对代码改动就较大。

（2）基于中间代理层实现

代理一般位于客户端和服务器之间，代理服务器接到客户端请求后通过判断后转发到后端数据库，有以下代表性程序。

（1）MySQL-Proxy。MySQL-Proxy为MySQL开源项目，通过其自带的 lua 脚本进行SQL判断。

（2）Atlas。是由奇虎360的Web平台部基础架构团队开发维护的一个基于MySQL协议的数据中间层项目。它是在mySQL-proxy 0.8.2版本的基础上，对其进行了优化，增加了一些新的功能特性。360内部使用atlas运行的MySQL业务，每天承载的读写请求数达几十亿条。支持事物以及存储过程。

（3）Amoeba。由陈思儒开发，作者曾就职于阿里巴巴。该程序由Java语言进行开发，阿里巴巴将其用于生产环境。但是它不支持事务和存储过程。

（4）Mycat。是一款流行的基于Java语言编写的数据库中间件，是一个实现了MySQL协议的服务器，其核心功能是分库分表。配合数据库的主从模式还可以实现读写分离。

由于使用MySQL Proxy需要写大量的 lua 脚本，这些Lua并不是现成的，而是需要自己去写。这对于并不熟悉MySQ LProxy 内置变量和 MySQL Protocol 的人来说是非常困难的。

Amoeba是一个非常容易使用、可移植性非常强的软件。因此它在生产环境中被广泛应用于数据库的代理层。

七、搭建 MySQL 读写分离实例

实例环境

之前搭建好的主从复制

Amoeba 服务器

1. Amoeba 服务器配置

（1）安装 Java 环境

因为 Amoeba 基于是 jdk1.5 开发的，所以官方推荐使用 jdk1.5 或 1.6 版本，高版本不建议使用。

cd /opt/
cp jdk-6u14-linux-x64.bin /usr/local/
cd /usr/local/
chmod +x jdk-6u14-linux-x64.bin
./jdk-6u14-linux-x64.bin
//按yes，按enter

mv jdk1.6.0_14/ /usr/local/jdk1.6

vim /etc/profile
export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.6
export CLASSPATH=$CLASSPATH:$JAVA_HOME/lib:$JAVA_HOME/jre/lib
export PATH=$JAVA_HOME/lib:$JAVA_HOME/jre/bin/:$PATH:$HOME/bin
export AMOEBA_HOME=/usr/local/amoeba
export PATH=$PATH:$AMOEBA_HOME/bin

source /etc/profile
java -version

（2）安装 Amoeba 软件

mkdir /usr/local/amoeba
cd /opt
tar zxvf amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz -C /usr/local/amoeba/
chmod -R 755 /usr/local/amoeba/

/usr/local/amoeba/bin/amoeba
# 如显示amoeba start|stop说明安装成功

（3）配置 Amoeba读写分离，两个 Slave 读负载均衡

先在Master、Slave1、Slave2 的mysql上开放权限给 Amoeba 访问

grant all on *.* to test@'192.168.23.%' identified by '123123';

再回到amoeba服务器配置amoeba服务

cd /usr/local/amoeba/conf/

cp amoeba.xml amoeba.xml.bak
# 修改 amoeba 配置文件
vim amoeba.xml									
--30行--
<property name="user">amoeba</property>
--32行-- 
<property name="password">123123</property>
--115行--
<property name="defaultPool">master</property>
--117-去掉注释-
<property name="writePool">master</property>
<property name="readPool">slaves</property>

cp dbServers.xml dbServers.xml.bak
# 修改数据库配置文件
vim dbServers.xml								
--23行--注释掉  作用：默认进入test库 以防mysql中没有test库时，会报错
<!-- <property name="schema">test</property> -->
--26--修改
<property name="user">test</property>
--28-30--去掉注释
<property name="password">123123</property>
--45--修改，设置主服务器的名Master
<dbServer name="master"  parent="abstractServer">
--48--修改，设置主服务器的地址
<property name="ipAddress">192.168.23.100</property>
--52--修改，设置从服务器的名slave1
<dbServer name="slave1"  parent="abstractServer">
--55--修改，设置从服务器1的地址
<property name="ipAddress">192.168.23.105</property>
--58--复制上面6行粘贴，设置从服务器2的名slave2和地址
<dbServer name="slave2"  parent="abstractServer">
<property name="ipAddress">192.168.23.110</property>
--66行--修改
<dbServer name="slaves" virtual="true">
--72行--修改
<property name="poolNames">slave1,slave2</property>

:wq!

# 启动Amoeba软件，按ctrl+c 返回
/usr/local/amoeba/bin/amoeba start&		
# 查看8066端口是否开启，默认端口为TCP 8066
netstat -anpt | grep java							

2. 客户端安装mariadb数据库

（1）安装mariadb数据库

yum install -y mariadb-server mariadb
# 启动服务
systemctl start mariadb.service

（2）在客户端服务器上测试

通过amoeba服务器代理访问mysql ，在通过客户端连接mysql后写入的数据只有主服务会记录，然后同步给从--从服务器

mysql -u test -p123123 -h 192.168.23.100 -P3306
create database sql2;

（3）测试读写分离

# 在两台slave服务器上，关闭同步：
#关闭同步
stop slave;                
use sql1;

# 在slave1上写入数据：
insert into sql1 values('1','zhangsan');

# 在slave2上写入数据：
insert into sql1 values('2','lisi');

# 在master服务器上写入数据：
insert into sql1 values('3','wangwu');

# 在客户端上查看数据：
use sql1;
select * from sql1;        
# 客户端会分别向slave1和slave2读取数据（轮询），显示的只有在两个从服务器上添加的数据，没有在主服务器上添加的数据。说明读写是分离的，只从slave中读取数据。

# 客户端插入数据，只有主服务器上有此数据
insert into sql1 values('4','qianqi',);  

# 在两个从服务器上执行 start slave; 即可实现同步主服务器中添加的数据
# 开启同步
start slave;             
select * from class;