MySQL主从复制过程和原理
为什么要主从设置
- 做数据的热备，作为后备数据库，主数据库服务器故障后，可切换到从数据库继续工作，避免数据丢失。
- 架构的扩展。业务量越来越大，I/O访问频率过高，单机无法满足，此时做多库的存储，降低磁盘I/O访问的频率，提高单个机器的I/O性能。
- 读写分离，使数据库能支撑更大的并发。在报表中尤其重要。有这么一个情景，有一句sql语句需要锁表，导致暂时不能使用读的服务，那么就很影响正在运行中的业务，如果使用主从复制，让主库负责写，从库负责读，这样，即使主库出现了锁表的情景，通过读从库也可以保证业务的正常运作。
mysql从3.23版本开始提供复制功能，复制是将主库的DDL和DML操作通过二进制日志传递到复制服务器（从库）上，然后从库对这些日志重新执行（重做），从而使得主库和从库保持数据一致。
MySQL复制的优点
- 如果主库出现问题，可以快速切换到从库提供服务
- 可以在从库执行查询操作，降低主库的访问压力。
- 可以在从库进行备份，以免备份期间影响主库的服务。
请注意：
- 由于mysql实现的异步复制，所以主库和从库数据之间存在一定的差异，在从库执行查询操作需要考虑这些数据的差异，一般只有更新不频繁和对实时性要求不高的数据可以通过从库查询，实行要求高的仍要从主库查询。
- 如果主从的网络断开，则从库会在网络恢复正常后，批量进行同步。
- 如果对从库进行修改数据，那么如果此时从库正在在执行主库的bin-log时，则会出现错误而停止同步，这个是很危险的操作。所以一般情况下，我们要非常小心的修改从库上的数据。
MySQL主从复制原理
MySQL主从复制涉及到三个线程，一个运行在主节点（log dump thread），其余两个(I/O thread, SQL thread)运行在从节点，如下图所示：
主从复制的三个线程
主节点 binary log dump 线程
当从节点连接主节点时，主节点会创建一个log dump 线程，用于发送bin-log的内容。在读取bin-log中的操作时，此线程会对主节点上的bin-log加锁，当读取完成，甚至在发动给从节点之前，锁会被释放。
从节点I/O线程
当从节点上执行start slave命令之后，从节点会创建一个I/O线程用来连接主节点，请求主库中更新的bin-log。I/O线程接收到主节点binlog dump 进程发来的更新之后，保存在本地relay-log中。
从节点SQL线程
- SQL线程负责读取relay log中的内容，解析成具体的操作并执行，最终保证主从数据的一致性。
- 对于每一个主从连接，都需要三个进程来完成。当主节点有多个从节点时，主节点会为每一个当前连接的从节点建一个binary log dump 进程，而每个从节点都有自己的I/O进程，SQL进程。从节点用两个线程将从主库拉取更新和执行分成独立的任务，这样在执行同步数据任务的时候，不会降低读操作的性能。比如，如果从节点没有运行，此时I/O进程可以很快从主节点获取更新，尽管SQL进程还没有执行。如果在SQL进程执行之前从节点服务停止，至少I/O进程已经从主节点拉取到了最新的变更并且保存在本地relay日志中，当服务再次起来之后，就可以完成数据的同步。
- 要实施复制，首先必须打开Master 端的binary log（bin-log）功能，否则无法实现。
因为整个复制过程实际上就是Slave 从Master 端获取该日志，然后再在自己身上完全顺序的执行日志中所记录的各种操作。如下图所示：
复制的基本过程
第一步：从节点上的I/O 进程连接主节点，并请求从指定日志文件的指定位置（或者从最开始的日志）之后的日志内容；
第二步：主节点接收到来自从节点的I/O请求后，通过负责复制的I/O进程根据请求信息读取指定日志指定位置之后的日志信息，返回给从节点。返回信息中除了日志所包含的信息之外，还包括本次返回的信息的bin-log file 的以及bin-log position；
第三步：从节点的I/O进程接收到内容后，将接收到的日志内容更新到本机的relay log中，并将读取到的binary log文件名和位置保存到master-info 文件中，以便在下一次读取的时候能够清楚的告诉Master“我需要从某个bin-log 的哪个位置开始往后的日志内容，请发给我”；
第四步：Slave 的 SQL线程检测到relay-log 中新增加了内容后，会将relay-log的内容解析成在主节点上实际执行过的操作，并在本数据库中执行。
MySQL 主从复制模式
MySQL 主从复制默认是异步的模式。MySQL增删改操作会全部记录在binary log中，当slave节点连接master时，会主动从master处获取最新的bin log文件，并把bin log中的sql relay。
异步模式（mysql async-mode）
异步模式如下图所示，这种模式下，主节点不会主动push bin log到从节点，这样有可能导致failover的情况下，也许从节点没有及时地将最新的bin log同步到本地。
半同步模式(mysql semi-sync)
这种模式下主节点只需要接收到其中一台从节点的返回信息，就会commit；否则需要等待直到超时时间然后切换成异步模式再提交；这样做的目的可以使主从数据库的数据延迟缩小，可以提高数据安全性，确保了事务提交后，binlog至少传输到了一个从节点上，不能保证从节点将此事务更新到db中。性能上会有一定的降低，响应时间会变长。如下图所示：
半同步模式不是mysql内置的，从mysql 5.5开始集成，需要master 和slave 安装插件开启半同步模式。
全同步模式
全同步模式是指主节点和从节点全部执行了commit并确认才会向客户端返回成功。
binlog记录格式
MySQL 主从复制有三种方式：基于SQL语句的复制（statement-based replication，SBR），基于行的复制（row-based replication，RBR)，混合模式复制（mixed-based replication,MBR)。对应的binlog文件的格式也有三种：STATEMENT,ROW,MIXED。
1、Statement-base Replication (SBR)就是记录sql语句在bin log中，Mysql 5.1.4 及之前的版本都是使用的这种复制格式。优点是只需要记录会修改数据的sql语句到binlog中，减少了binlog日质量，节约I/O，提高性能。缺点是在某些情况下，会导致主从节点中数据不一致（比如sleep(),now()等）。
2、Row-based Relication(RBR) 是mysql master将SQL语句分解为基于Row更改的语句并记录在bin log中，也就是只记录哪条数据被修改了，修改成什么样。优点是不会出现某些特定情况下的存储过程、或者函数、或者trigger的调用或者触发无法被正确复制的问题。缺点是会产生大量的日志，尤其是修改table的时候会让日志暴增,同时增加bin log同步时间。也不能通过bin log解析获取执行过的sql语句，只能看到发生的data变更。
3、Mixed-format Replication(MBR)，MySQL NDB cluster 7.3 和7.4 使用的MBR。是以上两种模式的混合，对于一般的复制使用STATEMENT模式保存到binlog，对于STATEMENT模式无法复制的操作则使用ROW模式来保存，MySQL会根据执行的SQL语句选择日志保存方式。
GTID复制模式
在传统的复制里面，当发生故障，需要主从切换，需要找到binlog和pos点，然后将主节点指向新的主节点，相对来说比较麻烦，也容易出错。在MySQL 5.6里面，不用再找binlog和pos点，我们只需要知道主节点的ip，端口，以及账号密码就行，因为复制是自动的，MySQL会通过内部机制GTID自动找点同步。
多线程复制（基于库），在MySQL 5.6以前的版本，slave的复制是单线程的。一个事件一个事件的读取应用。而master是并发写入的，所以延时是避免不了的。唯一有效的方法是把多个库放在多台slave，这样又有点浪费服务器。在MySQL 5.6里面，我们可以把多个表放在多个库，这样就可以使用多线程复制。
基于GTID复制实现的工作原理
主节点更新数据时，会在事务前产生GTID，一起记录到binlog日志中。从节点的I/O线程将变更的bin log，写入到本地的relay log中。SQL线程从relay log中获取GTID，然后对比本地binlog是否有记录（所以MySQL从节点必须要开启binary log）。如果有记录，说明该GTID的事务已经执行，从节点会忽略。如果没有记录，从节点就会从relay log中执行该GTID的事务，并记录到bin log。在解析过程中会判断是否有主键，如果没有就用二级索引，如果有就用全部扫描。
|
参考： |
