各版本MySQL并行复制的实现及优缺点

 

MySQL并行复制已经是老生常谈，笔者从2010年开始就着手处理线上这个问题，刚开始两三年也乐此不疲分享，现在再提这个话题本来是难免“炒冷饭”嫌疑。

 

 最近触发再谈这个话题，是因为有些同学觉得“5.7的并行复制终于彻底解决了复制并发性问题”, 感觉还是有必要分析一下。大家都说没有银弹，但是又期待银弹。。

 

既然要说5.7的并行复制，干脆顺手把各个版本的并行复制都说明一下，也好有个对比。便是本次分享的初衷。

 

【背景】

一句话说完，因为这几年太多这样文章了， 就是MySQL一直以来的备库复制都是单线程apply。

 

【解决基本思路】

改成多线程复制。

 

备库有两个线程与复制相关：io_thread 负责从主库拿binlog并写到relaylog， sql_thread 负责读relaylog并执行。

 

 

多线程的思路就是把sql_thread 变成分发线程，然后由一组worker_thread来负责执行。

几乎所有的并行复制都是这个思路，有不同的，便是sql_thread 的分发策略。

 

 

而这些策略里面又分成两类：利用传统binlog格式、修改binlog。

 

使用传统的binlog格式的几类，由于binlog里面的信息就那些，因此只能按照粒度来分，也就是：按库、按表、按行

 

另外有两个策略是修改了binlog格式的，在binlog里面增加了别的信息，用于体现提交分组。

 

下面我们分别介绍几个并行复制的实现。

 

【5.5】

 

MySQL官方5.5是不支持并行复制的。但是在阿里的业务需要并行复制的年份，还没有官方版本支持，只好自己实现。而且从兼容性角度说，不修改binlog格式，所以采用的是利用传统binlog格式的改造。

 

阿里的版本支持两种分发策略：按表和按行。

 

前情说明，由于MySQLbinlog日志还有用于别的系统的要求，因此阿里的binlog格式都是row----这也给并行复制的实现减少了难度。

 

按表分发策略：row格式的binlog，每个DML前面都是有Table_map event的。因此很容易拿到库名/表名。一个简单的思路是，不同表的更新之间是不需要严格按照顺序的。

因此按照表名hash，hash key是 库名+表名，相同的表的更新放到同一个worker上。这样就保证同一个表的更新顺序，跟主库上是一样的。

 

应用场景：对于多表更新的场景效果特别好。缺点是反之的，若是热点表更新，则本策略无效。而且由于hash表的维护，性能反而下降。

 

按行分发策略：row格式的binlog中，也不难拿到主键ID.  有同学说如果没有主键怎么办，答案是"起开，现在谁还没主键:)"。好吧，正经答案是没有主键就不支持这个策略。

同样的，我们认为不同行的更新，可以无序并发的。只要保证同一行的数据更新，在备库上的顺序与主库上的相同即可。

因此按照主键id hash，所以这个hash key更长，必须是 库名+表名+主键id。相同行的更新放到同一个worker上。

 

需要注意的是，上面的描述看上去都是对单个event的操作，实际上并不能！因为备库可能接受读，因此事务的原子性是要保证的，也就是说，对于涉及多个更新操作的事务，每次用于决策的不是一个hash key，而是一组。

应用场景：热点表更新。缺点，hash key计算冲突的代价大。尤其是大事务，计算hash key的cpu消耗大，而且耗内存。这需要业务DBA做判断得失。

 

【5.6】

官方的5.6支持的是按库分发。有了上面的背景，大家就知道，这个feature出来以后，在中国并没有什么反响。

 

但是这个策略也要说也是有优点的：

 

1、对于可以按表分发的场景，可以通过将表迁到不同的库，来应用此策略，有可操作性

 

2、速度更快，因为hash key就一个库名

 

3、不要求binlog格式，大家知道不论是row还是statement格式，都是能够轻松获取库名的。

所以并不是完全没有用的。还是习惯问题。

 

 

【MariaDB】

 

MariaDB的并行复制策略看上去有好几个选项，然而生产上可用的也就是默认值的 CONSERVATIVE。

 

由于maraiaDB支持多主复制，一个domain_id字段是用来标示事务来源的。如果来自于不同的主，自然可以并行（这个其实也是通用概念，还得业务DBA自己判断）。

 

对于同一个主库来的binlog，用commit_id 来决定分组。

 

想法是这样的：在主库上同时提交的事务设置成相同的commit_id。在备库上apply时，相同的commit_id可以并行执行，因为这意味着这些事务之间是没有行冲突的（否则不可能同时提交）。

 

这个思路跟最初从单线程改成多线程一样，个人认为是划时代的。

 

但是也并没有解决了所有的问题。这个策略最怕的是，拖后腿事务。

 

设想一下这个场景，假设某个DB里面正在作大量小更新事务（比如每个事务更新一行），这样在备库就并行得很欢乐。

 

然后突然，在同一个实例，另外一个库下，或者同一个库的另外一个跟目前的更新无关的表，突然有一个delte操作删除了10w行。

 

delete事务在提交的时候，跟当时一起提交的事务都算同一个commit_id。假设为N.

 

之后的小事务更新提交组commit_id为N+1。

 

到备库apply时，就会发现N这个组里面，其他小事务都执行完了，线程进入空闲状态，但是不能继续执行N+1这个commit_id的事务，因为N里面还有一个大事务没有执行完成，这个我们认为是拖后腿的。

 

而基于传统binlog格式的上面三个策略，反而没有这个问题。只要是策略上能够判断不冲突，大事务自己有个线程跑，其他事务继续并行。

 

【5.7】

 

MySQL官方5.7版本也是及时跟进，先引入了上述MariaDB的策略。当然从版权安全上，oracle是不会允许直接port代码的。

 

然后官方5.7的新版本在此之上继续优化。 

 

实际上按组直接分段这个策略略显粗暴。实际上事务提交并不是一个点，而是一个阶段。至少我们可以分成：准备提交、提交中、提交完成。

 

这三个阶段都是在事务已经完成了主要操作逻辑，进入commit状态了。

 

同时进入“提交中”状态的算同一个commit_id. 但是实际上，在任意时刻，处于”准备提交”的事务，与“提交中”的事务，也是可以并行的。但是明显他们会被分成两个不同的commit_id。

 

这意味着这个策略还有提升并发度的空间。

 

我们来看一下两种策略的对比差别。

 

假设主库有如下面示意图的事务序列。每个事务提交过程看成两个阶段，prepare ... commit. 分别给不同的编号。其中commit对应的数字是自然数递增，sequence_no。而prepare是对应的数字是X+1，这个X表示的是当前已经提交完成的sequence_no。

trx1 1…..2

trx2 1………….3

trx3 1…………………….4

trx4        2………………………….5

trx5               3………………………………..6

trx6               3………………………………………………7

trx7                                                       6……………………..8

 

分析：

在MariaDB的策略里面，并发执行序列如下：

trx1, trx2, trx3 ----group 1

trx4 -----group 2

trx 5, trx6 ----group 3

trx 7 ----group 4

每个group 执行完成后，下一个group 才可以开始。

完全执行完成的时间是每个group的最大事务时间之和，即 trx3 + trx4+trx6+trx7。

因此，如果某个group里面有一个很大的事务，则整个序列的执行时间就会被拖久。

 

再来看5.7的改进策略：

虽然也是group1先启动，但是在trx1完成后， trx4就可以开始执行；

同样的，trx7可以在trx4执行完成后就开始执行，与trx5和trx6并发。

因此可以说上面这个例子中，备库apply过程完全达到了主库执行的并发度。

但是对于大事务，比如trx2 commit 非常久的情况，仍然存在拖后腿的问题。

 

 【小结】

我们看到，就并行复制，有5种策略。

按粒度区分的三个策略，粒度从粗到细是按库、按表、按行。

这三个的对比中，并行度越来越大，额外损耗也是。无关大事务不会影响并发度。

 

按照commit_id 的两个策略，适用范围更广，额外消耗也低。

5.7的改进策略并发性更优。但出现大事务会拖后腿。

 

另外，很重要的一点，5.7的策略目的是“模拟主库并发”，所以对于主库单线程更新是无加速作用的。而基于冲突的前三个策略，若满足并发条件，会出现备库比主库执行速度快的情况。这种需求在搭备库或者延迟复制的场景中可能触发。

 

实际上还是老话，没有万用的策略。

策略的选择取决于应用场景，这是架构师的工作之一。

 

PS：具体5.7的实现原理可参考我们团队的@印风 同学的博客  http://mysqllover.com/?p=1370 (最后一个例子的case也从此摘录）