MySQL的主从复制和读写分离

一. 主从复制

1. 原理和工作过程

主从复制基于主mysql服务器和从mysql服务器的三个线程和两个日志展开进行的：

两个日志：二进制日志（bin log）、中继日志（Relay log）

三个线程：dump线程、I/O线程、SQL线程

工作过程：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

注意：

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。

中继日志（Relay Log）：

在MySQL的主从复制架构中，中继日志（Relay Log）扮演着至关重要的角色。当一个MySQL服务器充当从服务器时，它会从主服务器接收二进制日志（Binlog）事件，并将这些事件存储在其自身的中继日志中。中继日志的主要功能是：

存储主服务器的更改：主服务器的二进制日志记录了所有的数据变更事件，这些事件通过主从复制传输到从服务器后，被暂时存储在中继日志中。
异步处理：从服务器不需要实时同步主服务器的所有更改，而是先将这些更改存放在中继日志中，然后按照事件发生的顺序依次执行。
故障恢复和数据一致性：如果从服务器在处理过程中发生中断，重启后可以从上次执行完的位置继续读取并执行中继日志中的事件，从而保持与主服务器数据的一致性。
多级复制：在复杂的多级复制架构中，从服务器也会将接收到的主服务器二进制日志事件转存为自己的中继日志，以便传递给下一级别的从服务器。

中继日志文件通常位于从服务器的特定目录下，并按照一定的命名规则（如主机名加时间戳）创建。MySQL的IO线程负责从主服务器读取二进制日志事件并写入中继日志，SQL线程则负责读取中继日志并执行这些事件以更新从服务器的数据。

优点：

数据分布：通过复制将数据分布到不同地理位置
负载均衡：读写分离以及将读负载到多台从库
备份：可作为实时备份
高可用性：利用主主复制实现高可用

2. 一些理解问题

2.1 为什么要复制

保证数据的完整性

2.2 谁复制谁

slave(从) 角色复制 master(主)角色的数据

2.3 数据放在什么地方

二进制文件 mysql-bin-000001--->记录完整的sql，slave复制二进制文件到本地节点，保存为中继日志文件方式，最后基于这个中继日志进行恢复操作，将执行的 sql 同步到自己的数据库当中做中达到与 master 数据一致性

3. 主从复制的搭建

① 主从服务器时间同步

主服务器：

[root@master ~]#yum install ntp -y

[root@master ~]#vim /etc/ntp.conf

server 127.127.10.0
fudge 127.127.10.0 stratum 8

[root@master ~]#service ntpd start

从服务器：

[root@slave1 ~]#yum install ntp ntpdate -y

[root@slave1 ~]#service ntpd start

#进行时间同步
[root@slave1 ~]#/usr/sbin/ntpdate 192.168.44.60

#创建计划任务
[root@slave1 ~]#crontab -e
*/30 * * * * /usr/sbin/ntpdate 192.168.44.60

#查看计划任务
[root@slave1 ~]#crontab -l

另一个从同理

② 主服务器的 mysql 配置

[root@master ~]#vim /etc/my.cnf

[mysqld]
....
server-id = 1
log-bin=master-bin
binlog_format=MIXED
log-slave-updates=true

[root@master ~]#systemctl restart mysqld.service

mysql> grant replication slave on *.* to 'myslave'@'192.168.44.%' identified by '123';
#给从服务器授权

mysql> flush privileges;
#刷新

mysql> show master status;

③从服务器的mysql配置

[root@slave1 ~]#vim /etc/my.cnf
[mysqld]
.....
server-id = 2
relay-log=relay-log-bin
relay-log-index=slave-relay-bin.index
relay_log_recovery=1

relay_log_recovery = 1  
##当 slave 从库宕机后，假如 relay-log 损坏了，导致一部分中继日志没有处理，则自动放弃所有未执行的 relay-log，并且重新从 master 上获取日志，这样就保证了relay-log 的完整性。默认情况下该功能是关闭的，将 relay_log_recovery 的值设置为 1 时， 可在 slave 从库上开启该功能，建议开启。

[root@slave1 ~]#mysql -uroot -p123

#配置同步
mysql> change master to master_host='192.168.44.60',master_user='myslave',master_password='123',master_log_file='master-bin.000001',master_log_pos=603;

mysql> start slave;

#查看slave状态
mysql> show slave status\G

Slave_IO_Running: Yes				#负责与主机的io通信
Slave_SQL_Running: Yes				#负责自己的slave mysql进程

另一台同理，只要 server-id 不一样即可

[root@slave2 ~]#vim /etc/my.cnf
[mysqld]
....
server-id = 3
relay-log=relay-log-bin
relay-log-index=slave-relay-bin.index
relay_log_recovery=1

#重启服务
systemctl restart mysqld

mysql -uroot -p123

mysql> change master to master_host='192.168.44.60',master_user='myslave',master_password='123',master_log_file='master-bin.000001',master_log_pos=603;

mysql> start slave;

mysql> show slave status\G

④ 测试验证

先在主服务器上执行操作：

在从服务器查看：

4. 总结：

主从复制核心部分两个日志三个线程

mysql主从复制原理就是通过主数据库变化记录到二进制日志(bin1og)中，然后从库读取主二进制日志来去存放到本地最后 sql 线程把数据导入到自己二进制(类似)中保持主从数据一致

4.1 MySQL 主从复制的几个同步模式

（1）异步复制 （Asynchronous replication）

MySQL默认的复制即是异步的，主库在执行完客户端提交的事务后会立即将结果返给客户端，并不关心从库是否已经接收并处理，这样就会有一个问题，主如果crash掉了，此时主上已经提交的事务可能并没有传到从上，如果此时，强行将从提升为主，可能导致新主上的数据不完整。

（2）全同步复制 （Fully synchronous replication）

指当主库执行完一个事务，所有的从库都执行了该事务才返回给客户端。因为需要等待所有从库执行完该事务才能返回，所以全同步复制的性能必然会收到严重的影响。

（3）半同步复制 （Semisynchronous replication）

介于异步复制和全同步复制之间，主库在执行完客户端提交的事务后不是立刻返回给客户端，而是等待至少一个从库接收到并写到relay log中才返回给客户端。相对于异步复制，半同步复制提高了数据的安全性，同时它也造成了一定程度的延迟，这个延迟最少是一个TCP/IP往返的时间。所以，半同步复制最好在低延时的网络中使用。

二. 读写分离

1. 相关知识

1.1 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。

1.2 为什么要读写分离

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。

1.3 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。

2. 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。

3. MySQL读写分离方式

3.1 基于程序代码内部实现

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。

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；缺点是需要开发人员来实现，运维人员无从下手。

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。

3.2 基于中间代理层实现

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。

（4）mycat

Mycat是一款开源的、面向企业级的数据库中间件，主要用于解决大并发、大数据量下的数据库访问问题，尤其适用于MySQL数据库集群。Mycat作为分布式数据库系统，能够实现MySQL数据库的读写分离、分库分表、数据路由等功能，从而提高数据库的整体性能和扩展性。

4. 读写分离的搭建

① amoeba 服务器安装java环境

因为 Amoeba 基于是 jdk1.5 开发的，所以官方推荐使用 jdk1.5 或 1.6 版本，高版本不建议使用。

[root@amoba opt]#chmod +x jdk-6u14-linux-x64.bin 
[root@amoba opt]#./jdk-6u14-linux-x64.bin

[root@amoba opt]#vim /etc/profile

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

② 安装amoeba软件

#创建amoeba 的解压目录
[root@amoba opt]#mkdir /usr/local/amoeba

[root@amoba opt]#tar zxvf amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz -C /usr/local/amoeba/

#增加目录权限
[root@amoba opt]#chmod -R 755 /usr/local/amoeba/
#开启amoeba
[root@amoba opt]#/usr/local/amoeba/bin/amoeba

③ 配置 amoeba 读写分离

主服务器授权：

mysql> grant all on *.* to test@'192.168.44.%' identified by '123';

从服务器授权：

mysql> grant all on *.* to test@'192.168.44.%' identified by '123';

另一台

amomeba 主机amoeba.xml 配置文件的修改：

vim amoeba.xml

--30行--
<property name="user">amoeba</property>
--32行-- 
<property name="password">123</property>
--115行--
<property name="defaultPool">master</property>
--117-去掉注释-
<property name="writePool">master</property>
<property name="readPool">slaves</property>

再进行另一个备份

Aomeba 主机 dbServers.xml 配置文件的设置：

vim dbServers.xml

--23行--注释掉  作用：默认进入test库 以防mysql中没有test库时，会报错
<!-- <property name="schema">test</property> -->
--26--修改
<property name="user">test</property>
--28-30--去掉注释
<property name="password">123</property>
--45--修改，设置主服务器的名Master
<dbServer name="master"  parent="abstractServer">
--48--修改，设置主服务器的地址
<property name="ipAddress">192.168.44.60</property>
--52--修改，设置从服务器的名slave1
<dbServer name="slave1"  parent="abstractServer">
--55--修改，设置从服务器1的地址
<property name="ipAddress">192.168.44.50</property>
--58--复制上面6行粘贴，设置从服务器2的名slave2和地址
<dbServer name="slave2"  parent="abstractServer">
<property name="ipAddress">192.168.44.40</property>
--65行--修改
<dbServer name="slaves" virtual="true">
--71行--修改
<property name="poolNames">slave1,slave2</property>

启动

/usr/local/amoeba/bin/amoeba start &					
#后台启动Amoeba软件，按ctrl+c 返回

查看端口

netstat -anpt | grep java

或者
lsof -i:8066

④ 客户端测试：

安装mariadb

启动

连接数据库

[root@amoba ~]#mysql -uamoeba -p123 -h192.168.44.30 -P8066

主服务器：

先在主从之间是开启主从同步的，从里面也创建了class表

然后，我们停掉两台从服务器

然后在主服务器里面插入数据

mysql> insert into class values(1,'master','run');

从里面插入数据

然后我们去客户端查询

然后开启主从复制

问题：

① 主从同步复制原理

主从复制基于主mysql服务器和从mysql服务器的三个线程和两个日志展开进行的：

两个日志：二进制日志（bin log）、中继日志（Relay log）

三个线程：dump线程、I/O线程、SQL线程

工作过程：

（1）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。

（2）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。

② 读写分离使用什么方式

通过amoeba代理服务器，实现只在主服务器上写，只在从服务器上读；

主数据库处理事务性查询，从数据库处理select 查询；

数据库复制被用来把事务查询导致的变更同步的集群中的从数据库

③ 如何查看主从同步状态是否成功

在从服务器上内输入 show slave status\G 查看主从信息查看里面有IO线程的状态信息，还有master服务器的IP地址、端口事务开始号。

当 Slave_IO_Running和Slave_SQL_Running都是YES时，表示主从同步状态成功

④ 如果I/O不是yes，如何排查

首先排查网络问题，使用ping 命令查看从服务器是否能与主服务器通信

再查看防火墙和核心防护是否关闭（增强功能）

接着查看从服务slave是否开启

两个从服务器的server-id 是否相同导致只能连接一台

master_log_file master_log_pos的值跟master值是否一致

⑤ show slave status 可以看到哪些信息

IO线程的状态信息

master服务器的IP地址、端口、事务开始的位置

最近一次的错误信息和错误位置

最近一次的I/O报错信息和ID

最近一次的SQL报错信息和id

⑥ 主从复制慢（延迟）会有哪些可能？怎么解决？

主服务器的负载过大，被多个睡眠或僵尸线程占用，导致系统负载过大，从库硬件比主库差，导致复制延迟
主从复制单线程，如果主库写作并发太大，来不及传送到从库，就会到导致延迟
慢sql语句过多
网络延迟

怎么解决：

（1）硬件方面

从库配置更好的硬件，提升随机写的性能。比如原本是机械盘，可以考虑更换为ssd固态。升级核心数更强的cpu、加大内存。避免使用虚拟云主机，使用物理主机

（2）网络方面

将从库分布在相同局域网内或网络延迟较小的环境中。尽量避免跨机房，跨网域进行主从数据库服务器的设置

（3）架构方面

在事务当中尽量对主库读写，其他非事务中的读在从库。消除一部分延迟带来的数据库不一致。增加缓存降低一些从库的负载。

（4）mysqld服务配置方面

该配置设置针对mysql主从复制性能优化最大化，安全性并不高。如果从安全的角度上考虑的话，就要设置双一设置

追求安全性的双一设置：

innodb_flush_log_at_trx_commit=1
sync_binlog=1

追求性能化设置：

sync_binlog=0
innodb_flush_log_at_trx_commit=2
logs-slave-updates=0
增大 innodb_buffer_pool_size

MySQL的主从复制和读写分离

相关知识：

1. 主从复制和读写分离

2. mysql 支持的复制类型

对比：

一. 主从复制

1. 原理和工作过程

工作过程：

注意：

中继日志 （Relay Log）：

优点：

2. 一些理解问题

2.1 为什么要复制

2.2 谁复制谁

2.3 数据放在什么地方

3. 主从复制的搭建

① 主从服务器时间同步

② 主服务器的 mysql 配置

③从服务器的mysql配置

④ 测试验证

4. 总结：

4.1 MySQL 主从复制的几个同步模式

二. 读写分离

1. 相关知识

1.1 什么是读写分离

1.2 为什么要读写分离

1.3 什么时候要读写分离

2. 原理

3. MySQL读写分离方式

3.1 基于程序代码内部实现

3.2 基于中间代理层实现

4. 读写分离的搭建

① amoeba 服务器安装java环境

② 安装amoeba软件

③ 配置 amoeba 读写分离

④ 客户端测试：

问题：

① 主从同步复制原理

工作过程：

② 读写分离使用什么方式

③ 如何查看主从同步状态是否成功

④ 如果I/O不是yes，如何排查

⑤ show slave status 可以看到哪些信息

⑥ 主从复制慢（延迟）会有哪些可能？怎么解决？

中继日志（Relay Log）：