MySQL 主从复制不明白？本文带你轻松掌握！

前言

最近，我的一个朋友最近正在找实习么，在前几天的面试中被问到一个这样的问题：“你项目中用到了Canal组件，你有没有想过它数据丢失的问题？”我那个朋友直接懵了啊，Canal不就是假装冒充一个数据库主从的从节点吗？对于这方面确实没有思考过啊，网上找了一些资料，也没有看到有文章说这个事。那咋今天就从MySQL的主从复制来讲讲这个问题吧。

下面是本文即将以下几个方面进行展开：

一、同步原理

在数据库系统中，确保数据的一致性和高可用性至关重要。MySQL 的主从同步机制通过复制主节点（Master）上的变更到一个或多个从节点（Slave 或 Replica），实现了这一点。下面我们将深入探讨这一过程的具体实现方式，并对 binlog 日志的不同格式进行分析。

1. 数据写入与日志记录

当客户端向主节点发送写入请求时，主节点首先处理该请求并将相应的更改应用到自身的数据存储中。一旦数据成功写入，MySQL 会立即生成一份二进制日志（binlog），记录下这次操作的详细信息。这一步骤保证了所有对数据库的修改都被准确地捕捉下来，为后续的复制奠定了基础。

2. Log Dump 线程与长连接通知机制

配置好主从架构后，主节点会为每个连接的从节点启动一个专门的日志传输线程——Log Dump 线程。这个线程负责持续监控 binlog 文件的变化，并通过一个持久性的 TCP 长连接实时地将最新的日志更新推送给对应的从节点。这种方式有效地减少了延迟，确保从节点能够及时接收到最新的数据变更。

3. I/O 线程：拉取与缓存

在从节点这边，有一个或多个 I/O 线程专门用于接收来自主节点的通知并请求获取新的 binlog 内容。这些线程会在主节点的日志发生变动时被激活，然后批量拉取一定范围内的日志数据。为了缓解可能存在的生产消费速度不匹配问题，从节点会先将接收到的数据暂存于本地的中继日志（relay log）中，作为缓冲区使用。这样的设计类似于消息队列（MQ）中的削峰填谷策略，有助于维持系统的稳定运行。

4. SQL 线程：解析与执行

最后，在从节点上还有一个或多个 SQL 线程负责读取 relay log 中的内容，将其解析成可执行的操作，再依次应用到自己的数据库实例中。通过这种方式，从节点可以逐步追平主节点的状态，保持两者之间的一致性。

Binlog 日志格式的选择

MySQL 支持三种不同的 binlog 格式来记录数据变更：

• Statement：这种格式直接记录每一条会对数据库产生影响的 SQL 语句。虽然简单直观，但它可能会导致某些情况下主从之间的数据不一致，比如涉及到非确定性函数（如 NOW()、UUID() 等）或者依赖服务器状态的查询。
• Row：相比于 Statement，Row 格式更加精细，它只记录具体发生了变化的数据行及其元数据。尽管这样可以避免大多数由不确定因素引起的问题，但如果一次 DML 操作影响了大量的数据行，则会导致日志体积急剧膨胀，增加存储和传输负担。
• Mixed：这是前两种格式的混合体，MySQL 会根据实际情况智能选择最合适的记录方式。对于那些无法安全地以 Statement 形式复制的操作，它会选择 Row 格式；而对于其他情况，则优先采用效率更高的 Statement 格式。因此，在搭建主从架构时推荐使用 Mixed 格式，因为它能够在性能和一致性之间取得良好的平衡。

二、主从架构

1. 一主多从架构：适用于读大于写的场景，采用多个从库来分担数据库系统的读压力。

1. 多主多从架构：适用于读写参半的场景，采用多个主库来承载数据库系统整体的读写压力。

1. 多主一从架构：适用于写大于读的场景，采用多个主库分担写压力，单个从库承载读压力。

1. 级联复制架构：适用于读大于写的场景，采用单个从节点来分担从库对主库造成的I/O压力。但是这种问题是延迟比其他主从更严重。

三、MySQL 主从复制方式详解

在分布式数据库环境中，确保数据的一致性和高可用性是至关重要的。MySQL 提供了多种主从复制模式来满足不同的应用场景需求。下面我们将详细介绍几种常见的 MySQL 主从复制方式，并分析它们各自的优缺点。

3.1 同步复制

同步复制是一种最为严格的复制模式，它要求主服务器在提交一个事务之前，必须等待所有从服务器确认接收到并应用了该事务之后，才会向客户端返回事务提交成功的消息。这意味着主服务器和从服务器之间存在紧密的交互，以确保每个事务都能被可靠地传播到整个集群中。

由上我们可得出，同步复制虽然满足了数据库多节点数据的强一致性，但是由于主节点的执行要等到所有从节点完成才返回，在当代系统中是万万不能接受的。

3.2 异步复制

异步复制是默认的主从同步模式，在这种模式下，主服务器提交事务后立即返回客户端，无需等待从服务器确认是否成功接收并应用了事务。从服务器会在后台独立地接收并应用事务日志。

异步复制虽然能解决同步复制的性能问题，但是没有完全的可靠，可能在一定程度还是会导致数据丢失的问题。

3.3 半同步复制

为了解决同步复制效率低下以及异步复制可能导致的数据丢失问题，MySQL 引入了半同步复制模式。在这种模式下，主服务器在提交事务后会等待至少一个从服务器确认接收到并应用了该事务，然后才向客户端返回提交成功的消息。此外，rpl_semi_sync_master_timeout 参数（默认为10秒）用于控制主从之间没有响应时切换到异步复制的时间窗口。

• 特点
  • 在一主多从架构中，只需一个从节点返回 ACK，即可认为事务已成功提交。
  • 如果指定时间内没有从节点返回 ACK，则自动降级为异步复制模式。

尽管如此，这种仅需一个节点确认的方式仍然存在一定的数据丢失风险。为了进一步提高可靠性，某些系统（如 Zookeeper）采用了更严格的一致性协议，例如 ZAB（Zookeeper Atomic Broadcast），要求超过一半的从节点确认后才向客户端返回成功。

3.4 增强式半同步复制/无损复制

增强式的半同步复制，也称为无损复制，改进了传统的半同步复制机制。其核心区别在于 ACK 的时机：

• after-commit：传统半同步复制中，ACK 动作发生在事务提交之后。
• after-sync：增强式半同步复制中，ACK 动作发生在事务同步过程中。

这种方式虽然增加了主库的开销——特别是当事务长时间未提交时可能导致锁资源占用——但它有效降低了数据丢失的风险，提高了数据的一致性和完整性。

3.5 延迟复制

延迟复制允许从服务器上的 SQL 线程在接收到主服务器的日志后，并不是立刻解析执行，而是根据设定的时间间隔（通常建议设置为3至6小时）延迟执行。这种方法主要用于防止误删操作对生产环境造成不可逆的影响，同时也便于进行线上 Bug 的实时观测与恢复。

• 作用
  • 防误删：提供了一种“后悔药”机制，可以在一定时间内回滚错误的操作。
  • 线上 Bug 观测：对于难以复现的问题，可以通过检查延迟复制的从服务器状态来进行调试。

3.6 并行复制

随着 MySQL 版本的演进，并行复制技术得到了显著的发展，极大地提升了主从复制的效率和稳定性。以下是几种主要的并行复制形式：

3.6.1 GTID 复制

GTID（Global Transaction ID）复制自 MySQL 5.6 版本引入，旨在简化主从切换过程中的手动定位 binlog 位置的工作。通过为每个写事务分配唯一的全局标识符，GTID 复制使得从服务器能够自动跟踪和应用正确的事务，而无需依赖具体的 binlog 文件和位置信息。

• 工作流程
  1. 主服务器更新数据时，为每个写事务分配一个全局的 GTID，并将其记录到 Bin-log 中。
  2. 从服务器的 I/O 线程拉取数据后，将读取到的内容写入 relay-log，并设置 gtid_next 值。
  3. 从服务器的 SQL 线程执行前，会读取 gtid_next 值以确定接下来要解析的日志条目。
  4. 执行过程中，SQL 线程会检查自身的 Bin-log 日志中是否已有对应的 GTID：
     • 如果有，说明该 GTID 对应的事务已经执行过，从服务器将忽略这条记录；
     • 如果没有，则解析并执行该 GTID 对应的 relay-log 记录，并将其记录到 Bin-log 中。

需要注意的是，由于 GTID 是基于事务实现的，因此它只适用于支持事务的存储引擎（如 InnoDB）。

3.6.2 组复制

组复制指的是将一组并行执行的事务作为一个整体放入同一个 GTID 中记录。这样做的好处是在后续同步数据时，可以从节点可以一次性读取并处理这一组事务，从而提高了复制效率。

3.6.3 库级别的并行复制

MySQL 5.6 版本首次引入了库级别的并行复制概念，但由于担心并行执行可能导致的无序性问题（例如，先改后删变为先删后改），该功能并未得到广泛应用。到了 MySQL 5.7 版本，真正的并行复制得以实现，即在同一时刻内提交且不存在锁冲突的多个事务可以由多个线程并行处理。这种设计不仅提升了复制速度，还保证了数据的一致性和正确性。

四、主从数据一致性解决方案

1. 业务逻辑改动。在一些博客系统中，文章发布后加入一个审核状态，这里可能就是用于解决一个延迟导致的问题。
2. 改动复制方式，采用全同步不会产生延迟，但性能会下降
3. 调整数据库架构：采用分库分表代替主从集群
4. 中间件Canal监听变更速度比从库拉取更快。
5. 对于要求主从延迟低的数据，强制走主库

五、总结

• 同步原理：深入解析了MySQL主从同步机制，包括数据写入、日志记录（binlog）、Log Dump线程、I/O线程和SQL线程的作用。确保读者理解整个复制流程以及不同日志格式（Statement、Row、Mixed）的选择对性能和一致性的影响。
• 主从架构模式：探讨了几种常见的主从架构，如一主多从、多主多从、多主一从和级联复制架构，分别适用于不同的读写场景，并解释了它们各自的特点与适用性。
• MySQL主从复制方式：详细介绍了多种复制模式——同步复制、异步复制、半同步复制、增强式半同步复制（无损复制）、延迟复制及并行复制（含GTID复制、组复制、库级别的并行复制）。每种方式都有其优缺点，适用于不同的需求场景。
• 数据一致性解决方案：针对可能出现的数据不一致问题，提出了通过调整业务逻辑、改变复制方式、优化数据库架构或使用中间件（如Canal）等方法来提高主从之间的一致性。

至此，我们已经全面探讨了 MySQL 主从复制的原理、架构设计、不同复制方式的特点及适用场景，并深入分析了主从延迟问题及其多种解决方案。通过本文，我们不仅了解了如何选择合适的复制模式以满足不同的业务需求，还掌握了应对主从延迟挑战的有效策略。

希望本文能够为你提供有价值的参考和指导，帮助你在实际项目中更好地设计和优化数据库架构，确保系统的高性能、高可用性和数据一致性。如果你有任何疑问或需要进一步的帮助，请随时联系我们。感谢你的阅读！