【数据库】mysql主从复制与读写分离

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一、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

  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

  在实质际的生产环境中，对数据库的读和写都在同一个数据库服务器中，是不能满足实院需求的。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 主从复制原理（主从复制的类型）

Mysql主从复制基于二进制文件日志，而二进制文件日志的类型又分为以下三种：

• STATEMENT∶基于语句的复制，并发量较小时使用。在服务器上执行sgl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，执行效率高。

• ROW∶ 基于行的复制，精确性高，但是效率比较低、二进制文件占用空间大。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。

• 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。

6. Mysql 主从复制的工作过程

（1）主服务器数据进行更新，写入二进制日志文件中；

（2）从服务器开启IO线程，向主服务器请求二进制日志事件/记录；

（3）主服务器为每个IO线程开启dump线程，并向从服务器发送二进制日志事件；

（4）从服务器保存主服务器发来的二进制日志事件到本地的中继日志中；

（5）在5.7版本开启了半同步复制的情况下，主服务器在从服务器保存中继日志之后，用ack collector线程接收从服务器反馈的确认信息；

（6）从服务器开启sql线程读取中继日志中的二进制事件并解析成sql语句，然后重放/逐一执行sql语句。

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。

7. 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。

二、主从复制的配置操作

1. 环境配置

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0
rpm -q ntp ntpdate

主服务器:192.168.145.45
从服务器1:192.168.145.105
从服务器2:192.168.145.120

2. 搭建 MySQL主从复制

2.1 mysql主从服务器时间同步

主服务器

[root@localhost ~]#vim /etc/ntp.conf
#restrict default nomodify notrap nopeer noquery
restrict default nomodify
#server 0.centos.pool.ntp.org iburst
#server 1.centos.pool.ntp.org iburst
#server 2.centos.pool.ntp.org iburst
#server 3.centos.pool.ntp.org iburst
server ntp.aliyun.com

[root@localhost ~]# systemctl restart ntpd

从服务器

[root@localhost ~]# crontab -e
*/30 * * * * /usr/sbin/ntpdate 192.168.145.45
[root@localhost ~]# systemctl restart crond
[root@localhost ~]# crontab -l
*/30 * * * * /usr/sbin/ntpdate 192.168.145.45

2.2 主服务器的mysql配置

[root@localhost ~]# vim /etc/my.cnf
...
[mysqld]
...
#skip-grant-tables
server-id=1
log-bin=mysql-bin									#添加，主服务器开启二进制日志
binlog_format=mixed
...
[root@localhost ~]# systemctl restart mysqld		#重启服务
[root@localhost ~]# systemctl status mysqld			#查看状态
[root@localhost ~]# mysql -u root -p123456
mysql> GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'myslave'@'192.168.145.%' IDENTIFIED BY '123456';#给从服务器授权
mysql> flush privileges;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

mysql> show master status;							#File 列显示日志名，Position 列显示偏移量
+------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
| File             | Position | Binlog_Do_DB | Binlog_Ignore_DB | Executed_Gtid_Set |
+------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
| mysql-bin.000007 |      604 |              |                  |                   |
+------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
1 row in set (0.00 sec)

选配项

expire_logs_days=7									#设置二进制日志文件过期时间，默认值为0，表示logs不过期
max_binlog_size=500M								#设置二进制日志限制大小，如果超出给定值，日志就会发生滚动，默认值是1GB
skip_slave_start=1									#阻止从库崩溃后自动启动复制，崩溃后再自动复制可能会导致数据不一致的

双1设置

innodb_flush_logs_at_trx_commit=1		#redo log（事务日志）的刷盘策略，每次事务提交时MySQL都会把事务日志缓存区的数据写入日志文件中，并且刷新到磁盘中，该模式为系统默认

sync_binlog=1							#在进行每1次事务提交（写入二进制日志）以后，Mysql将执行一次fsync的磁盘同步指令，将缓冲区数据刷新到磁盘

  "双1设置"适合数据安全性要求非常高，而且磁盘IO写能力足够支持的业务，比如订单、交易、充值、支付消费系统。

  "双1模式"下，当磁盘IO无法满足业务需求时，比如11.11活动的压力。推荐一下性能较快的设置，并使用带蓄电池后备电源，防止系统断电异常。

innodb_flush_logs_at_trx_commit=2		#每次事务提交时MySQL都会把日志缓存区的数据写入日志文件中，但是并不会同时刷新到磁盘上。该模式下，MySQL会每秒执行一次刷新磁盘操作
sync_binlog=500							#在进行500次事务提交以后，Mysql将执行一次fsync的磁盘同步指令，将缓冲区数据刷新到磁盘

2.3 从服务器的mysql配置

[root@localhost ~]# vim /etc/my.cnf
...
[mysqld]
...
server-id = 2										#修改，注意id与Master的不同，两个Slave的id也要不同
#skip-grant-tables
relay-log=relay-log-bin								#开启中继日志，从主服务器上同步日志文件记录到本地
relay-log-index=relay-log-bin.index					#定义中继日志文件的位置和名称，一般和relay-log在同一目录
...
[root@localhost ~]# systemctl restart mysqld
[root@localhost ~]# mysql -u root -p123456
mysql> change master to master_host='192.168.145.45',master_port=3306,master_user='myslave',master_password='123456',master_log_file='mysql-bin.000007',master_log_pos=604;						#配置同步，注意 master_log_file 和 master_log_pos 
Query OK, 0 rows affected, 2 warnings (0.07 sec)
mysql> start slave;									#启动同步，如有报错执行 reset slave;		
mysql> show slave status\G
*************************** 1. row ***************************
				...									#确保 IO 和 SQL 线程都是 Yes，代表同步正常。
             Slave_IO_Running: Yes					#负责与主机的io通信
            Slave_SQL_Running: Yes					#负责自己的slave mysql进程
				...

选配项

innodb_buffer_pool_size=2048M		#用于缓存数据和索引的内存大小，让更多数据读写内存中完成，减少磁盘操作，可设置为服务器总可用内存的 70-80%
sync_binlog=0						#MySQL不做任何强制性的磁盘刷新指令，而是依赖操作系统来刷新数据到磁盘
innodb_flush_log_at_trx_commit=2	#每次事务log buffer会写入log file，但一秒一次刷新到磁盘
log-slave-updates=0					#slave 从 master 复制的数据会写入二进制日志文件里，从库做为其他从库的主库时设置为 1
relay_log_recovery=1				#当 slave 从库宕机后，假如 relay-log 损坏了，导致一部分中继日志没有处理，则自动放弃所有未执行的 relay-log， 并且重新从 master 上获取日志，这样就保证了 relay-log 的完整性。默认情况下该功能是关闭的，将 relay_log_recovery 的值设置为 1 时， 可在 slave 从库上开启该功能，建议开启。

数据显示No的原因

#一般 Slave_IO_Running: No 的可能性：
1.网络不通
2.my.cnf配置有问题
3.密码、file文件名、pos偏移量不对
4.防火墙没有关闭
#Last_IO_Erro::quitr: Fatal error
1.数据库是克隆的，删除/usr/local/mysql/data/auto.cnf，重启服务

3. Mysql 主从复制延迟

3.1 延迟的产生

1、网络延迟
2、主从硬件设备导致（cpu主频、内存io、硬盘io）
3、使用的是同步复制、而不是异步复制
4、master服务器高并发，形成大量事务

3.2 延迟的解决

  网络方面：将从库分布在相同局域网内或网络延迟较小的环境中，避免跨机房实现同步。

  硬件方面：从库配置更好的硬件（包括cpu强悍、内存加大、避免使用虚拟云主机，使用物理主机、适用SSD磁盘），提升随机写的性能。

  配置方面：从库优化Mysql参数，让更多操作在Mysql内存中完成，减少磁盘操作。

sync_binlog=0								#设置操作系统不定期把文件内容刷新到磁盘
innodb_flush_log_at_trx_commit=2			#每秒刷新磁盘
logs-slave-updates=0						#不设置日志记录
增大 innodb_buffer_pool_size

3.3 验证主从复制效果

主服务器上进入执行 create database db_test;
去从服务器上查看 show databases;

3.4 主从复制的同步模式

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按收并处理，这样就会有一个问题，主如果creast掉了,此时主上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。

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。因为需要等特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。

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，这们运迟最少是一个TCP/IP往运的时间。所以，半同步复知最好在低延时的网络中使用。

三、读写分离

1. 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。

2. Mysql 读写分离的类型

目前较为常见的 MySQL 读写分离分为以下两种

2.1 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。

2.2 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：

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

3. Amoeba 实现读写分离安装与配置

Master服务器 192.168.145.45
salve1服务器 192.168.145.105
salve2服务器 192.168.145.120
Ameoba服务器 192.168.145.15
客户端       192.168.145.30

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0

3.1 Amoeba 服务器配置

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。

[root@localhost ~]# cd /opt/
[root@localhost opt]# ls
amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz  jdk-6u14-linux-x64.bin  rh
[root@localhost opt]# cp jdk-6u14-linux-x64.bin /usr/local/
[root@localhost opt]# cd /usr/local/
[root@localhost local]# chmod +x jdk-6u14-linux-x64.bin 
[root@localhost local]# ./jdk-6u14-linux-x64.bin
//按yes，按enter

[root@localhost local]# ls
bin  games    jdk1.6.0_14             lib    libexec  share
etc  include  jdk-6u14-linux-x64.bin  lib64  sbin     src
[root@localhost local]# mv jdk1.6.0_14/ /usr/local/jdk1.6
[root@localhost local]# ls
bin  games    jdk1.6                  lib    libexec  share
etc  include  jdk-6u14-linux-x64.bin  lib64  sbin     src
[root@localhost local]# vim /etc/profile
export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.6
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib:$JAVA_HOME/jre/lib
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$JAVA_HOME/jre/bin:$PATH
export AMOEBA_HOME=/usr/local/amoeba
export PATH=$PATH:$AMOEBA_HOME/bin

[root@localhost local]# java -version
openjdk version "1.8.0_262"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_262-b10)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.262-b10, mixed mode)
[root@localhost local]# source /etc/profile
[root@localhost local]# java -version
java version "1.6.0_14"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.6.0_14-b08)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 14.0-b16, mixed mode)

安装 Amoeba 软件

[root@localhost local]# cd /opt/
[root@localhost opt]# mkdir /usr/local/amoeba
[root@localhost opt]# tar xf amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz -C /usr/local/amoeba/
[root@localhost opt]# chmod -R 755 /usr/local/amoeba/
[root@localhost opt]# /usr/local/amoeba/bin/amoeba
amoeba start|stop		#如显示amoeba start|stop说明安装成功

配置 Amoeba 读写分离，两个 Slave 读负载均衡

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

mysql> grant all on *.* to test@'192.168.145.%' identified by '123.com';
Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.00 sec)

Amoeba 服务器配置 Amoeba 服务

[root@localhost opt]# cd /usr/local/amoeba/conf/
[root@localhost conf]# cp amoeba.xml amoeba.xml.bak
[root@localhost conf]# vim amoeba.xml             #修改amoeba配置文件
--30行--
<property name="user">amoeba</property>
--32行-- 
<property name="password">123456</property>
--115行--
<property name="defaultPool">master</property>
--117-去掉注释-
<property name="writePool">master</property>
<property name="readPool">slaves</property>

[root@localhost conf]# cp dbServers.xml dbServers.xml.bak
[root@localhost conf]# vim dbServers.xml			#修改数据库配置文件
--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">123.com</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">192.168.145.45</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">192.168.145.105</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">192.168.145.120</property>
--65行--修改
<dbServer name="slaves" virtual="true">
--71行--修改
<property name="poolNames">slave1,slave2</property>

启动与查看

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

3.2 测试读写分离

主服务器

mysql> create database db_test;
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
mysql> use db_test;
Database changed
mysql> create table test (id int(10),name varchar(10),address varchar(20));
Query OK, 0 rows affected (3.80 sec)
mysql> insert into test values('3','wangwu','this_is_master');

两台从服务器

mysql> stop slave;											#关闭同步
mysql> use db_test;
#在slave1上
insert into test values('1','zhangsan','this_is_slave1');

#在slave2上
insert into test values('2','lisi','this_is_slave2');

客户端

[root@localhost ~]# yum install -y mariadb-server mariadb
[root@localhost ~]# systemctl start mariadb.service
[root@localhost ~]# mysql -u amoeba -p123456 -h 192.168.145.15 -P 8066
MySQL [db_test]> use db_test;
MySQL [db_test]> select * from test;	
#客户端会分别向slave1和slave2读取数据，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