主从复制：主从复制的概述、一主一从架构搭建主从复制的原理、同步数据一致性问题

article/2025/9/27 9:36:27

文章目录

  • 1. 主从复制的概述
    • 1.1 如何提升数据库的并发能力
    • 1.2 主从复制的作用
  • 2. 主从复制的原理
    • 2.1 原理剖析
    • 2.2 复制的最大问题
    • 2.3 复制的基本原则
  • 3. 一主一从架构搭建
    • 3.1 准备工作
    • 3.2 主机配置文件
    • 3.3 从机配置文件
    • 3.4 建立账户并授权
    • 3.5 配置需要复制的主机
    • 3.6 测试
    • 3.7 停止主从同步
  • 4. 同步数据一致性问题
    • 4.1 理解主从延迟问题
    • 4.2 解决一致性问题

1. 主从复制的概述

1.1 如何提升数据库的并发能力

在实际工作中，我们常常将Redis作为缓存与MySQL配合来使用，当有请求的时候，首先会从缓存中进行查找，如果存在就直接取出。如果不存在再访问数据库，这样就提升了读取的效率，也减少了对后端数据库的访问压力。Redis的缓存架构是高并发架构中非常重要的一环。
在这里插入图片描述
此外，一般应用对数据库而言都是“读多写少”，也就说对数据库读取数据的压力比较大，有一个思路就是采用数据库集群的方案，做主从架构、进行读写分离，这样同样可以提升数据库的并发处理能力。但并不是所有的应用都需要对数据库进行主从架构的设置，毕竟设置架构本身是有成本的。

如果我们的目的在于提升数据库高并发访问的效率，那么首先考虑的是如何优化SQL和索引，这种方式简单有效；其次才是采用缓存的策略，比如使用Redis将热点数据保存在内存数据库中，提升读取的效率；最后才是对数据库采用主从架构，进行读写分离。

按照上面的方式进行优化，使用和维护的成本是由低到高的。

1.2 主从复制的作用

主从同步设计不仅可以提高数据库的吞吐量，还有以下3个方面的作用。

第1个作用：读写分离。我们可以通过主从复制的方式来同步数据，然后通过读写分离提高数据库并发处理能力。
在这里插入图片描述
其中一个是Master主库，负责写入数据，我们称之为：写库。

其它都是Slave从库，负责读取数据，我们称之为：读库。

当主库进行更新的时候，会自动将数据复制到从库中，而我们在客户端读取数据的时候，会从从库中进行读取。

面对“读多写少”的需求，采用读写分离的方式，可以实现更高的并发访问。同时，我们还能对从服务器进行负载均衡，让不同的读请求按照策略均匀地分发到不同的从服务器上，让读取更加顺畅。读取顺畅的另一个原因，就是减少了锁表的影响，比如我们让主库负责写，当主库出现写锁的时候，不会影响到从库进行SELECT的读取。

第2个作用就是数据备份。我们通过主从复制将主库上的数据复制到了从库上，相当于是一种热备份机制，也就是在主库正常运行的情况下进行的备份，不会影响到服务。

第3个作用是具有高可用性。数据备份实际上是一种冗余的机制，通过这种冗余的方式可以换取数据库的高可用性，也就是当服务器出现故障或宕机的情况下，可以切换到从服务器上，保证服务的正常运行。

关于高可用性的程度，我们可以用一个指标衡量，即正常可用时间/全年时间。比如要达到全年99.999%的时间都可用，就意味着系统在一年中的不可用时间不得超过365*24*60*（1-99.999%）=5.256分钟（含系统崩溃的时间、日常维护操作导致的停机时间等），其他时间都需要保持可用的状态。

实际上，更高的高可用性，意味着需要付出更高的成本代价。在现实中我们需要结合业务需求和成本来进行选择。

2. 主从复制的原理

Slave会从Master读取binlog来进行数据同步。

2.1 原理剖析

在这里插入图片描述

二进制日志转储线程（Binlog dump thread）是一个主库线程。当从库线程连接的时候，主库可以将二进制日志发送给从库，当主库读取事件（Event）的时候，会在Binlog上加锁，读取完成之后，再将锁释放掉。

从库I/O线程会连接到主库，向主库发送请求更新Binlog。这时从库的I/O线程就可以读取到主库的二进制日志转储线程发送的Binlog更新部分，并且拷贝到本地的中继日志（Relay log）。

从库SQL线程会读取从库中的中继日志，并且执行日志中的事件，将从库中的数据与主库保持同步。

2.2 复制的最大问题

延时

2.3 复制的基本原则

  • 每个Slave只有一个Master
  • 每个Slave只能有一个唯一的服务器ID
  • 每个Master可以有多个Slave

3. 一主一从架构搭建

一台主机用于处理所有写请求，一台从机负责所有读请求，架构图如下：
在这里插入图片描述

3.1 准备工作

  1. 准备2台CentOS虚拟机
  2. 每台虚拟机上需要安装好MySQL（可以是MySQL8.0）

3.2 主机配置文件

建议mysql版本一致且后台以服务运行，主从所有配置项都配置在[mysqld]节点下，且都是小写字母。

  • 必选
#[必须]主服务器唯一ID
server-id=1
#[必须]启用二进制日志，指名路径。比如：自己本地的路径/log/mysqlbin
log-bin=/log/mysqlbin
  • 可选
#[可选]0（默认）表示读写（主机），1表示只读（从机）
read-only=8#设置日志文件保留的时长，单位是秒
binlog_expire_logs_seconds=6090#控制单个二进制日志大小，此参数的最大和默认值是1GB
max_binlog_size=200M#[可选]设置不要复制的数据库
binlog-ignore-db=test#[可选]设置雨要复制的数据库,默认全部记录。比如:binlog-do-db=atguigu_master_slave
binlog-do-db=需要复制的主数据库名字#[可选]设置binlog格式
binlog_format=STATEMENT

重启后台mysql服务，使配置生效。

3.3 从机配置文件

要求主从所有配置项都配置在my.cnf的[mysqld]栏位下，且都是小写字母。

  • 必选
#[必选]从服务器唯一ID
server-id=2
  • 可选
#[可选]启用中继日志
relay-log=mysql-relay

重启后台mysql服务，使配置生效。

3.4 建立账户并授权

#在主机MySQL里执行授权主从复制的命令
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@'从机器数据库IP'IDENTIFIED BY'abc123';#5.5,5.7

注意：如果使用的是MySQL8，需要如下的方式建立账户，并授权slave：

CREATE USER 'slave1'@ '%' IDENTIFIED BY '123456';
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@ '%';
#此语句必须执行。否则出错。
ALTER USER 'slave1'@ '%' IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY '123456';
flush privileges;

查询Master的状态，并记录下File和Position的值。

show master status;

3.5 配置需要复制的主机

**步骤1：**从机上复制主机的命令

CHANGE MASTER TO
MASTER_HOST='主机的IP地址',
MASTER_USER='主机用户名',
MASTER_PASSWORD='主机用户名的密码',
MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.具体数字',
MASTER_LOG_POS=具体值;

步骤2：

#启动slave同步
START SLAVE;

3.6 测试

主机新建库、新建表、insert记录，从机复制：

3.7 停止主从同步

stop slave;

4. 同步数据一致性问题

主从同步的要求：

  • 读库和写库的数据一致（最终一致）；
  • 写数据必须写到写库；
  • 读数据必须到读库（不一定）；

4.1 理解主从延迟问题

进行主从同步的内容是二进制日志，它是一个文件，在进行网络传输的过程中就一定会存在主从延迟（比如500ms），这样就可能造成用户在从库上读取的数据不是最新的数据，也就是主从同步中的数据不一致性问题。

4.2 解决一致性问题

  • 异步复制
    异步模式就是客户端提交COMMIT之后不需要等从库返回任何结果，而是直接将结果返回给客户端，这样做的好处是不会影响主库写的效率，但可能会存在主库宕机，而Binlog还没有同步到从库的情况，也就是此时的主库和从库数据不一致。这时候从从库中选择一个作为新主，那么新主则可能缺少原来主服务器中已提交的事务。所以，这种复制模式下的数据一致性是最弱的。
    在这里插入图片描述
  • 半同步复制

MySQL5.5版本之后开始支持半同步复制的方式。原理是在客户端提交COMMIT之后不直接将结果返回给客户端，而是等待至少有一个从库接收到了Binlog，并且写入到中继日志中，再返回给客户端。

这样做的好处就是提高了数据的一致性，当然相比于异步复制来说，至少多增加了一个网络连接的延迟，降低了主库写的效率。

在MysQL5.7版本中还增加了一个rpl_semi_sync_master_wait_for_slave_count参数，可以对应答的从库数量进行设置，默认为1，也就是说只要有1个从库进行了响应，就可以返回给客户端。如果将这个参数调大，可以提升数据一致性的强度，但也会增加主库等待从库响应的时间。
在这里插入图片描述

  • 组复制

异步复制和半同步复制都无法最终保证数据的一致性问题，半同步复制是通过判断从库响应的个数来决定是否返回给客户端，虽然数据一致性相比于异步复制有提升，但仍然无法满足对数据一致性要求高的场景，比如金融领域。MGR很好地弥补了这两种复制模式的不足。

组复制技术，简称MGR（MySQL Group Replication）。是MySQL在5.7.17版本中推出的一种新的数据复制技术，这种复制技术是基于Paxos协议的状态机复制。

MGR是如何工作的

首先我们将多个节点共同组成一个复制组，在执行读写（RW）事务的时候，需要通过一致性协议层（Consensus层）的同意，也就是读写事务想要进行提交，必须要经过组里“大多数人”（对应Node节点）的同意，大多数指的是同意的节点数量需要大于（N/2+1），这样才可以进行提交，而不是原发起方一个说了算。而针对只读（RO）事务则不需要经过组内同意，直接COMMIT即可。

在一个复制组内有多个节点组成，它们各自维护了自己的数据副本，并且在一致性协议层实现了原子消息和全局有序消息，从而保证组内数据的一致性。
在这里插入图片描述


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