面试必备：聊聊MySQL的主从

前言

大家好，我是捡田螺的小男孩。金三银四面试的时候，面试官经常会问MySQL主从。今天就跟大家聊聊MySQL的主从。

• 数据库主从概念、优点、用途
• 数据库主从复制原理
• 主主、主从、主备的区别
• MySQL是怎么保证主从一致的
• 数据库主从延迟的原因与解决方案
• 聊聊数据库的高可用方案

1. 数据库主从概念、优点、用途

主从数据库是什么意思呢，主是主库的意思，从是从库的意思。数据库主库对外提供读写的操作，从库对外提供读的操作。

数据库为什么需要主从架构呢？

• 高可用，实时灾备，用于故障切换。比如主库挂了，可以切从库。
• 读写分离，提供查询服务，减少主库压力，提升性能
• 备份数据，避免影响业务。

2. 数据库主从复制原理

主从复制原理，简言之，分三步曲进行：

• 主数据库有个bin log二进制文件，纪录了所有增删改SQL语句。（binlog线程）
• 从数据库把主数据库的bin log文件的SQL 语句复制到自己的中继日志 relay log（io线程）
• 从数据库的relay log重做日志文件，再执行一次这些sql语句。（Sql执行线程）

详细的主从复制过程如图：

上图主从复制过程分了五个步骤进行：

1. 主库的更新SQL(update、insert、delete)被写到binlog
2. 从库发起连接，连接到主库。
3. 此时主库创建一个binlog dump thread，把bin log的内容发送到从库。
4. 从库启动之后，创建一个I/O线程，读取主库传过来的bin log内容并写入到relay log
5. 从库还会创建一个SQL线程，从relay log里面读取内容，从ExecMasterLog_Pos位置开始执行读取到的更新事件，将更新内容写入到slave的db

3. 主主、主从、主备的区别

数据库主主：两台都是主数据库，同时对外提供读写操作。客户端访问任意一台。数据存在双向同步。

数据库主从：一台是主数据库，同时对外提供读写操作。一台是从数据库，对外提供读的操作。数据从主库同步到从库。

数据库主备：一台是主数据库，同时对外提供读写操作。一台是备库，只作为备份作用，不对外提供读写，主机挂了它就取而代之。数据从主库同步到备库。

从库和备库，就是slave库功能不同因此叫法才不一样而已。一般slave库都会对外提供读的功能的，因此，大家日常听得比较多就是主从。

4. MySQL是怎么保证主从一致的

我们学习数据库的主从复制原理后，了解到从库拿到并执行主库的binlog日志，就可以保持数据与主库一致了。这是为什么呢？哪些情况会导致不一致呢？

4.1 长链接

主库和从库在同步数据的过程中断怎么办呢，数据不就会丢失了嘛。因此主库与从库之间维持了一个长链接，主库内部有一个线程，专门服务于从库的这个长链接的。

4.2 binlog格式

binlog 日志有三种格式，分别是statement，row和mixed。

如果是statement格式，binlog记录的是SQL的原文，如果主库和从库选的索引不一致，可能会导致主库不一致。我们来分析一下。假设主库执行删除这个SQL（其中a和create_time都有索引）如下：

delete from t where a > '666' and create_time<'2022-03-01' limit 1;

我们知道，数据库选择了a索引和选择create_time索引，最后limit 1出来的数据一般是不一样的。所以就会存在这种情况：在binlog = statement格式时，主库在执行这条SQL时，使用的是索引a，而从库在执行这条SQL时，使用了索引create_time。最后主从数据不一致了。

如何解决这个问题呢？

可以把binlog格式修改为row。row格式的binlog日志，记录的不是SQL原文，而是两个event:Table_map 和 Delete_rows。Table_map event说明要操作的表，Delete_rows event用于定义要删除的行为，记录删除的具体行数。row格式的binlog记录的就是要删除的主键ID信息，因此不会出现主从不一致的问题。

但是如果SQL删除10万行数据，使用row格式就会很占空间的，10万条数据都在binlog里面，写binlog的时候也很耗IO。但是statement格式的binlog可能会导致数据不一致，因此设计MySQL的大叔想了一个折中的方案，mixed格式的binlog。所谓的mixed格式其实就是row和statement格式混合使用，当MySQL判断可能数据不一致时，就用row格式，否则使用就用statement格式。

5. 数据库主从延迟的原因与解决方案

主从延迟是怎么定义的呢？与主从数据同步相关的时间点有三个

1. 主库执行完一个事务，写入binlog，我们把这个时刻记为T1；
2. 主库同步数据给从库，从库接收完这个binlog的时刻，记录为T2；
3. 从库执行完这个事务，这个时刻记录为T3。

所谓主从延迟，其实就是指同一个事务，在从库执行完的时间和在主库执行完的时间差值，即T3-T1。

哪些情况会导致主从延迟呢？

1. 如果从库所在的机器比主库的机器性能差，会导致主从延迟，这种情况比较好解决，只需选择主从库一样规格的机器就好。
2. 如果从库的压力大，也会导致主从延迟。比如主库直接影响业务的，大家可能使用会比较克制，因此一般查询都打到从库了，结果导致从库查询消耗大量CPU，影响同步速度，最后导致主从延迟。这种情况的话，可以搞了一主多从的架构，即多接几个从库分摊读的压力。另外，还可以把binlog接入到Hadoop这类系统，让它们提供查询的能力。
3. 大事务也会导致主从延迟。如果一个事务执行就要10分钟，那么主库执行完后，给到从库执行，最后这个事务可能就会导致从库延迟10分钟啦。日常开发中，我们为什么特别强调，不要一次性delete太多SQL，需要分批进行，其实也是为了避免大事务。另外，大表的DDL语句，也会导致大事务，大家日常开发关注一下哈。
4. 网络延迟也会导致主从延迟，这种情况你只能优化你的网络啦，比如带宽20M升级到100M类似意思等。
5. 如果从数据库过多也会导致主从延迟，因此要避免复制的从节点数量过多。从库数据一般以3-5个为宜。
6. 低版本的MySQL只支持单线程复制，如果主库并发高，来不及传送到从库，就会导致延迟。可以换用更高版本的Mysql，可以支持多线程复制。

6. 聊聊数据的库高可用方案

• 双机主备
• 一主一从
• 一主多从
• MariaDB同步多主机
• 数据库中间件

6.1 双机主备高可用

• 架构描述：两台机器A和B，A为主库，负责读写，B为备库，只备份数据。如果A库发生故障，B库成为主库负责读写。修复故障后，A成为备库，主库B同步数据到备库A
• 优点：一个机器故障了可以自动切换，操作比较简单。
• 缺点：只有一个库在工作，读写压力大，未能实现读写分离，并发也有一定限制

6.2 一主一从

• 架构描述: 两台机器A和B，A为主库，负责读写，B为从库，负责读数据。如果A库发生故障，B库成为主库负责读写。修复故障后，A成为从库，主库B同步数据到从库A。
• 优点：从库支持读，分担了主库的压力，提升了并发度。一个机器故障了可以自动切换，操作比较简单。
• 缺点：一台从库，并发支持还是不够，并且一共两台机器，还是存在同时故障的机率，不够高可用。

6.3 一主多从

• 架构描述: 一台主库多台从库，A为主库，负责读写，B、C、D为从库，负责读数据。如果A库发生故障，B库成为主库负责读写，C、D负责读。修复故障后，A也成为从库，主库B同步数据到从库A。
• 优点：多个从库支持读，分担了主库的压力，明显提升了读的并发度。
• 缺点：只有台主机写，因此写的并发度不高

6.4 MariaDB同步多主机集群

• 架构描述:有代理层实现负载均衡，多个数据库可以同时进行读写操作；各个数据库之间可以通过Galera Replication方法进行数据同步，每个库理论上数据是完全一致的。
• 优点：读写的并发度都明显提升，可以任意节点读写，可以自动剔除故障节点，具有较高的可靠性。
• 缺点：数据量不支持特别大。要避免大事务卡死，如果集群节点一个变慢，其他节点也会跟着变慢。

6.5 数据库中间件

• 架构描述：mycat分片存储，每个分片配置一主多从的集群。
• 优点：解决高并发高数据量的高可用方案
• 缺点：维护成本比较大。

参考与感谢

• 极客时间《MySQL45讲》
• 数据库高可用方案^[1]

参考资料