MySQL主从复制与读写分离

引言：

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。

一、主从复制原理

MySQL 的主从复制和 MySQL 的读写分离两者有着紧密联系，首先要部署主从复制，
只有主从复制完成了，才能在此基础上进行数据的读写分离。

1、MySQL支持的复制类型

1. 基于语句的复制（STATEMENT）。
   在主服务器上执行的 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，效率比较高。

2. 基于行的复制（ROW）。
   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。

3. 混合类型的复制（MIXED）。
   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。

2、主从复制的工作过程

 

核心：两个日志、三个线程

两个日志：二进制日志、中继日志

三个线程：I/O、dump、sql

主要原理：Master将数据保存在二进制日志中，I/O向dump发出同步请求，dump把数据发送给I/O线程，I/O写入本地的中继日志数据，同步到自己数据库中，完成同步。

主MySQL服务器做的增删改操作，都会写入自己的二进制日志（Binary log）
然后从MySQL从服务器打开自己的I/O线程连接主服务器，进行读取主服务器的二进制日志
I/O去监听二进制日志，一旦有新的数据，会发起请求连接
这时候会触发dump线程，dump thread响应请求，传送数据给I/O,通过tp的方式发送给I/O（dump线程要么处于等待，要么处于睡眠）
I/O接收到数据之后存放在中继日志
SQL thread线程会读取中继日志里的数据，存放到自己的服务器中。

过程：

• 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，则将其改变写入二进制日志中。
• 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。
• 同时Master节点为每个I/O线程启动一个dump线程，用于向其发送二进制事件，并保存至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日志，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。

1. 在每个事务更新数据完成之前，Master在二进制日志(Binary log)记录这些改变。写入二进制日志完成后，Master通知存储引擎批交事务。

2. Slave 将Master复制到其中继日志(Relay log)，首先slave开始一个工作线程(I/O),I/O线程在Master上打开一个普通的连接，然后开始Binlog dump process。Binlog dump process从Master的二进制日志中读取事件，如果已经跟上Master,它会睡眠并等待Master产生新的事件，I/O线程将这些事件写入中继日志。

3. SQL slave thread(SQL从线程)处理该过程的最后一步，SQL线程从中继日志读取事件，并重放其中的事件而更新slave数据，使其与Master中的数据一致，只要该线程与I/O线程保持一致。

注：

• 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。

3、MySQL从服务器挂了，恢复后如何保证数据同步

• 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

4、MySQL四种同步方式

1. 异步复制（Async Replication）
2. 同步复制（sync Replication）
3. 半同步复制（Async Replication）
4. 增强半同步复制（lossless Semi-Sync Replication）、无损复制

1.异步复制（Async Replication）

        主库将更新写入Binlog日志文件后，不需要等待数据更新是否已经复制到从库中，就可以继续处理更多的请求。Master将事件写入binlog，但并不知道Slave是否或何时已经接收且已处理。在异步复制的机制的情况下，如果Master宕机，事务在Master上已提交，但很可能这些事务没有传到任何的Slave上。假设有Master->Salve故障转移的机制，此时Slave也可能会丢失事务。MySQL复制默认是异步复制，异步复制提供了最佳性能。

2.同步复制（sync Replication）

主库将更新写入Binlog日志文件后，需要等待数据更新已经复制到从库中，并且已经在从库执行成功，然后才能返回继续处理其它的请求。同步复制提供了最佳安全性，保证数据安全，数据不会丢失，但对性能有一定的影响。

3.半同步复制（Async Replication）

写入一条数据请求到master,从服务器只要有一台接收到写入自己的中继日志，会给客户端返回一条接收成功的信息。
**主库提交更新写入二进制日志文件后，等待数据更新写入了从服务器中继日志中，然后才能再继续处理其它请求。该功能确保至少有1个从库接收完主库传递过来的binlog内容已经写入到自己的relay log里面了，才会通知主库上面的等待线程，**该操作完毕。
半同步复制，是最佳安全性与最佳性能之间的一个折中。
MySQL 5.5版本之后引入了半同步复制功能，主从服务器必须安装半同步复制插件，才能开启该复制功能。如果等待超时，超过rpl_semi_sync_master_timeout参数设置时间（默认值为10000，表示10秒），则关闭半同步复制，并自动转换为异步复制模式。当master 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增强半同步复制。
ACK (Acknowledge character）即是确认字符。

4.增强半同步复制（lossless Semi-Sync Replication）、无损复制

增强半同步是在MySQL 5.7引入，其实半同步可以看成是一个过渡功能，因为默认的配置就是增强半同步，所以，大家一般说的半同步复制其实就是增强的半同步复制，也就是无损复制。
增强半同步和半同步不同的是，等待ACK时间不同
rpl_semi_sync_master_wait_point = AFTER_SYNC（默认）
半同步的问题是因为等待ACK的点是Commit之后，此时Master已经完成数据变更，用户已经可以看到最新数据，当Binlog还未同步到Slave时，发生主从切换，那么此时从库是没有这个最新数据的，用户看到的是老数据。
增强半同步将等待ACK的点放在提交Commit之前，此时数据还未被提交，外界看不到数据变更，此时如果发送主从切换，新库依然还是老数据，不存在数据不一致的问题。

二、MySQL主从复制延迟原因和优化

1、主从复制延迟

• 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）
• 本来就不是同步复制、而是异步复制

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。

三、主从复制实验部署

关闭三台服务器防火墙及核心防护

systemctl stop firewalld     ###关闭防火墙
systemctl disable firewall
setenforce 0                 ###关闭核心防护

1、MySQL主从服务器时间同步

1.主服务器设置

安装ntp时间同步

[root@mysql-server ~]#yum -y install ntp

修改ntp配置文件

[root@mysql-server ~]#vim /etc/ntp.conf
 
server 127.127.10.0
fudge 127.127.10.0 startum 8
##在末尾加入
 
[root@mysql-server ~]#service ntpd start   ##开启服务
 
[root@mysql-server ~]#service ntpd status  ##查看服务状态

2.从服务器配置

yum install ntpdate -y

[root@mysql-slave1 ~]#service ntpd start
[root@mysql-slave1 ~]#/usr/sbin/ntpdate 192.168.10.100
[root@mysql-slave1 ~]#date

[root@mysql-slave2 ~]#crontab -e      ##制作定时计划任务
*/30 * * * *  /usr/sbin/ntpdate 192.168.10.100
 
[root@mysql-slave2 ~]#crontab -l       ##查看定时计划任务
*/30 * * * *  /usr/sbin/ntpdate 192.168.10.100

2、主服务器配置

[root@mysql-server ~]#vim /etc/my.cnf

[root@mysql-server ~]#vim /etc/my.cnf
[root@mysql-server ~]#systemctl restart mysqld
[root@mysql-server ~]#mysql -uroot -p123456
 
mysql> show databases;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| mysql              |
| performance_schema |
| sys                |
+--------------------+
4 rows in set (0.01 sec)
 
mysql> grant replication slave ON *.* to 'myslave'@'192.168.10.%' identified by '123456';
Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.00 sec)
 
mysql> flush privileges;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
 
mysql> show master status;
+-------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
| File              | Position | Binlog_Do_DB | Binlog_Ignore_DB | Executed_Gtid_Set |
+-------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
| master-bin.000002 |      603 |              |                  |                   |
+-------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
1 row in set (0.00 sec)

扩展（报错）：给从服务器授权时，可能会出现密码不符合当前策略要求

ERROR 1819 (HY000): Your password does not satisfy the current policy requirements
您的密码不符合当前策略要求

解决方法：

在数据库配置文件中添加一行，关闭密码策略

vim /etc/my.cnf
 
validate_password=off

配置好重启服务就ok了

3、从服务器slave1和slave2的mysql配置

1.slave1配置

[root@mysql-slave1 ~]#vim /etc/my.cnf
 
server-id = 2
relay-log=relay-log-bin
relay-log-index=slave-relay-bin.index
relay_log_recovery=1
 
[root@mysql-slave1 ~]#systemctl restart mysqld
 
[root@mysql-slave1 ~]#mysql -uroot -p123456
 
change master to master_host='192.168.10.100',master_user='myslave',master_password='123456',master_log_file='master-bin.000002',master_log_pos=603;
 
start slave;   ##启动同步
 
show slave status\G

 

2.slave2配置

[root@mysql-slave2 ~]#vim /etc/my.cnf
 
server-id = 3
relay-log=relay-log-bin
relay-log-index=slave-relay-bin.index
relay_log_recovery=1
 
[root@mysql-slave2 ~]#systemctl restart mysqld
[root@mysql-slave2 ~]#mysql -uroot -p123456
 
 
change master to master_host='192.168.10.100',master_user='myslave',master_password='123456',master_log_file='master-bin.000002',master_log_pos=603;
 
start slave;   ##启动同步
 
show slave status\G

扩展：如果Slave_IO_Running: No

报错的可能性

• 网络不通
• my.cnf配置有问题
• 密码、file文件名、pos偏移量不对
• 防火墙没有关闭

此处错误是file文件名出错

修改完再重新启动以下

4、验证主从复制效果

先查看从服务器的库

1.在主服务器上创建库

2.从服务器验证

四、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。

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读写分离类型

1.基于程序代码内部实现的

1. 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。
2. 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；
3. 缺点是需要开发人员来实现，运维人员无从下手。
4. 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.基于中间件代理层实现

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。

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。

五、读写分离实验部署

首先关闭四台服务器防火墙及核心防护

systemctl stop firewalld         ##关闭防火墙
systemctl disable firewalld      ##关闭防火墙开机自启
setenforce 0                     ##关闭核心防护

1、Amoeba服务器搭建

1.JDK环境安装

Ameoba服务是基于jdk1.5开发的，所以要使用jdk1.5或1.6的版本，不建议使用高版本

安装jdk

[root@amoeba ~]#cd /opt/
[root@amoeba opt]#ls
amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz  jdk-6u14-linux-x64.bin  rh
[root@amoeba opt]#chmod +x jdk-6u14-linux-x64.bin              ##给执行权限
[root@amoeba opt]#./jdk-6u14-linux-x64.bin     ##
 
[root@amoeba opt]#ls
amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz  jdk1.6.0_14  jdk-6u14-linux-x64.bin  rh
 
[root@amoeba opt]#mv jdk1.6.0_14/ /usr/local/jdk1.6
[root@amoeba opt]#ls /usr/local/
bin  etc  games  include  jdk1.6  lib  lib64  libexec  sbin  share  src
 
[root@amoeba opt]#vim /etc/profile   添加环境变量
 
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
java version "1.6.0_14"

2、Amoeba服务安装

cd /opt/     #切换目录
mkdir /usr/local/amoeba   #创建安装目录
tar xf amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz -C /usr/local/amoeba/  #解压到指定的安装目录
ll /usr/local/amoeba/
chmod -R 755 /usr/local/amoeba/   #修改服务权限
/usr/local/amoeba/bin/amoeba      #执行启动脚本，后面加参数start启动，stop停止

3、配置主从数据库，授权一个账户用于Amoeba访问

grant all on *.* to test@'192.168.10.%' identified by '123456';  ##账户名自定义
flush privileges;  ##刷新

4、配置amoeba服务器

[root@amoeba ~]#cd /usr/local/amoeba/conf/
[root@amoeba conf]#ls
cp amoeba.xml amoeba.xml.bak         ##备份配置文件
cp dbServers.xml dbServers.xml.bak   ##备份配置文件

1.修改amoeba.xml文件

vim amoeba.xml    ##修改配置文件
 
<property name="user">amoeba</property>                 ##30
<property name="password">123456</property>             ##32
<property name="defaultPool">master</property>          ##115
<property name="writePool">master</property>            ##118
<property name="readPool">slaves</property>             ##119

2.修改dbServers.xml

 
<!-- mysql schema                         ##22
<property name="schema">test</property>   ##23
  -->                                     ##24  ##这三行注释起来
<property name="user">test</property>     ##26  用户改为test
<property name="password">123456</property> ##29  开启密码行的注释

5、在客户端测试

1.在amoeba上安装mariadb

[root@amoeba ~]#yum install mariadb-server mariadb -y  ##安装mariadb
[root@amoeba ~]#systemctl start mariadb.service   ##启动mariadb
[root@amoeba ~]#mysql -uamoeba -p123456 -h 192.168.10.103 -P 8066

2.在主服务器上创建一张表

mysql> use njzb;
Database changed
mysql> create table test(id int(15),name char(14),address varchar(50));
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)

3.关闭两个从服务器

4.主从服务器都创建数据

mysql> use njzb;
 
mysql> show tables;
+----------------+
| Tables_in_njzb |
+----------------+
| test           |
+----------------+
1 row in set (0.00 sec)

5.在maridb上查看

select * from test;   只能看到从服务器的两条数据

6.开启从服务器，再去maridb读

start slave;

select * from test;