MySQL 主从复制之多线程复制

misakivv2024-11-21 19:06

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一、MySQL 多线程复制的背景

MySQL 的主从复制延迟一直是受开发者最为关注的问题之一，MySQL 从 5.6 版本开始追加了并行复制功能，目的就是为了改善复制延迟问题，并行复制称为enhanced multi-threaded slave（简称MTS）。

  • MySQL 的复制是基于 binlog 的。
  • MySQL 复制包括两部分，从库中有两个线程：IO 线程和 SQL 线程。
  • IO 线程主要是用于拉取接收 Master 传递过来的 binlog，并将其写入到 relay log.
  • SQL 线程主要负责解析 relay log，并应用到 slave 中。
  • IO 和 SQL 线程都是单线程的，然而master却是多线程的，所以难免会有延迟，为了解决这个问题，多线程应运而生了。
  • IO 没必要多线程，因为 IO 线程并不是瓶颈。
  • SQL 多线程，目前最新的5.6，5.7，8.0 都是在 SQL 线程上实现了多线程，来提升 slave 的并发度，减少复制延迟。

二、MySQL 5.5 主从复制

1、原理

  • master 节点上的binlogdump 线程，在slave 与其正常连接的情况下，将binlog 发送到slave 上。
  • slave 节点的I/O Thread ，通过读取master 节点binlog 日志名称以及偏移量信息将其拷贝到本地relay log 日志文件。
  • slave 节点的SQL Thread，该线程读取relay log 日志信息，将在master 节点上提交的事务在本地回放，达到与主库数据保持一致的目的。

2、部署主从复制

主库 192.168.112.10
从库 192.168.112.20
MySQL版本 5.5.62

2.1、主节点安装配置MySQL 5.5

bash 复制代码 
cd /usr/local
wget https://downloads.mysql.com/archives/get/p/23/file/mysql-5.5.62-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
tar -zxvf mysql-5.5.62-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
ln -s mysql-5.5.62-linux-glibc2.12-x86_64 mysql
groupadd mysql
useradd -r -g mysql mysql
cd /usr/local/mysql
chown -R mysql:mysql .
mkdir -p /usr/local/mysql/data
chown -R mysql:mysql /usr/local/mysql/data
./scripts/mysql_install_db --user=mysql --datadir=/usr/local/mysql/data
cat > /etc/my.cnf << EOF
[mysqld]
basedir = /usr/local/mysql
datadir = /usr/local/mysql/data
socket = /tmp/mysql.sock
pid-file = /usr/local/mysql/data/mysqld.pid
user = mysql
port = 3306
# 二进制日志配置
server-id = 1
log-bin = mysql-bin
binlog-format = row
expire_logs_days = 10

# 主从复制配置
log-slave-updates = 1
read-only = 0
EOF
cat > /etc/systemd/system/mysqld.service << EOF
[Unit]
Description=MySQL 5.5 Database Server
After=network.target

[Service]
User=mysql
Group=mysql
ExecStart=/usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
systemctl daemon-reload && systemctl start mysqld && systemctl enable mysqld
echo 'export PATH="/usr/local/mysql/bin:$PATH"' >> /etc/profile.d/mysql.sh
source /etc/profile
mysqladmin -uroot password '123'

2.2、从节点安装配置MySQL 5.5

bash 复制代码 
cd /usr/local
wget https://downloads.mysql.com/archives/get/p/23/file/mysql-5.5.62-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
tar -zxvf mysql-5.5.62-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
ln -s mysql-5.5.62-linux-glibc2.12-x86_64 mysql
groupadd mysql
useradd -r -g mysql mysql
cd /usr/local/mysql
chown -R mysql:mysql .
mkdir -p /usr/local/mysql/data
chown -R mysql:mysql /usr/local/mysql/data
./scripts/mysql_install_db --user=mysql --datadir=/usr/local/mysql/data
cat > /etc/my.cnf << EOF
[mysqld]
basedir = /usr/local/mysql
datadir = /usr/local/mysql/data
socket = /tmp/mysql.sock
pid-file = /usr/local/mysql/data/mysqld.pid
user = mysql
port = 3306
# 主从复制配置
server-id = 2
relay-log = mysql-relay-bin
log-bin = mysql-bin
read-only = 1
EOF
cat > /etc/systemd/system/mysqld.service << EOF
[Unit]
Description=MySQL 5.5 Database Server
After=network.target

[Service]
User=mysql
Group=mysql
ExecStart=/usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
systemctl daemon-reload && systemctl start mysqld && systemctl enable mysqld
echo 'export PATH="/usr/local/mysql/bin:$PATH"' >> /etc/profile.d/mysql.sh
source /etc/profile
mysqladmin -uroot password '123'
bash 复制代码 
select version();
mysql -V

3、检查主从库 server_id 和 log_bin 配置

bash 复制代码 
show variables like 'server_id';
show variables like 'log_bin';
主库
从库

4、创建主从复制用户

主库

sql 复制代码 
#登录数据库
mysql -uroot -p123

#创建slave用户
grant replication slave on *.* to slave@'192.168.112.%' identified by '123';

flush privileges;
  • grant replication slave on *.*: 授予 replication slave 权限，允许用户从主库复制数据。*.* 表示所有数据库和所有表。
  • to slave@'192.168.112.%': 指定用户名为 slave，允许从 192.168.112.% 子网内的任何IP地址连接到主库。
  • identified by '123': 设置用户的密码为 123。

5、获取主库的二进制日志文件和位置

sql 复制代码 
# 记录下 File 和 Position 的值
show master status;

6、配置从库连接主库参数并启动从库复制进程

sql 复制代码 
change master to
master_host='192.168.112.10',
master_user='slave',
master_password='123',
master_log_file='mysql-bin.000004',
master_log_pos=332;

start slave;
show slave status\G;

7、验证主从复制

7.1、查看主库从库数据

目前数据一致

sql 复制代码 
show databases;

use test ; show tables;

7.2、主库创建表并插入数据

sql 复制代码 
create table test_table (id int auto_increment primary key,name varchar(255),created_at timestamp default current_timestamp);

insert into test_table (name , created_at) values ('Data1', now());
insert into test_table (name , created_at) values ('Data2', now());
insert into test_table (name , created_at) values ('Data3', now());

7.3、从库执行查询操作

sql 复制代码 
show tables;

select * from test_table;

8、MySQL 5.5 单线程体现

sql 复制代码 
# 从库
show processlist;

这里有两个系统用户线程：

  • Id 1 是IO线程，负责从主库读取二进制日志并写入从库的中继日志。
  • Id 2 是SQL线程，负责从中继日志中读取事件并应用到从库。

三、MySQL 5.6 基于 schema（库级别） 的并行复制

如果在MySQL 5.6 版本开启并行复制功能（slave_parallel_workers > 0），那么SQL 线程就变为了coordinator 线程。但是其并行只是基于schema的，也就是基于库的。如果用户的MySQL数据库实例中存在多个schema且schema下表数量较少，对于从服务器复制的速度的确可以有比较大的帮助。

1、原理

通过配置参数 slave_parallel_workers = n 开启并行复制，原来的单个SQL线程的功能被拆分成了两个部分：一个 Coordinator 线程和多个 Worker 线程。

coordinator线程主要负责两部分内容：

  • 若判断可以并行执行，那么选择worker线程执行事务的二进制日志
  • 若判断不可以并行执行，如该操作是DDL，或者是事务跨schema操作，则等待所有的worker线程执行完成之后再执行当前的日志。

这意味着coordinator 线程并不是仅将日志发送给worker 线程，自己也可以回放日志，但是所有可以并行的操作交付由worker 线程完成。

Worker线程作用：

  • WorkThread 线程负责实际应用中继日志中的事务。每个 WorkThread 线程负责处理特定数据库（Schema）的事务。
  • 可以通过配置参数 slave_parallel_workers 来设置 WorkThread 线程的数量。默认值为0，表示不启用并行复制。

2、存在的问题

基于schema级别的并行复制存在一个问题，schema级别的并行复制效果并不高，如果用户实例有很少的库和较多的表，那么并行回放效果会很差，甚至性能会比原来的单线程更差，但是日常维护中其实单个实例的的事务处理相对集中在一个 DB 上。因此单库多表是比多库多表更为常见的一种情形。

这种并行复制的模式,只有在实例中有多个 DB，且 DB 的事务都相对繁忙的情况下才会有较高的并行度。

3、部署主从复制

3.1、主节点安装配置 MySQL 5.6

bash 复制代码 
wget https://downloads.mysql.com/archives/get/p/23/file/mysql-5.6.40-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
tar xzvf mysql-5.6.40-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
mkdir /application
mv mysql-5.6.40-linux-glibc2.12-x86_64 /application/mysql-5.6.40
ln -s /application/mysql-5.6.40/ /application/mysql
cd /application/mysql/support-files/
\cp my-default.cnf /etc/my.cnf
cp mysql.server /etc/init.d/mysqld
cd /application/mysql/scripts
useradd mysql -s /sbin/nologin -M
yum -y install autoconf
./mysql_install_db --user=mysql --basedir=/application/mysql  --data=/application/mysql/data
echo 'export PATH="/application/mysql/bin:$PATH"' >> /etc/profile.d/mysql.sh
source /etc/profile
sed -i 's#/usr/local#/application#g' /etc/init.d/mysqld /application/mysql/bin/mysqld_safe
sed -i '/^# basedir = /a\basedir = /application/mysql/' /etc/my.cnf
sed -i '/^# datadir = /a\datadir = /application/mysql/data/' /etc/my.cnf
cat >> /usr/lib/systemd/system/mysqld.service <<EOF
[Unit]
Description=MySQL Server
Documentation=man:mysqld(8)
Documentation=https://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html
After=network.target
After=syslog.target
[Install]
WantedBy=multi-user.target
[Service]
User=mysql
Group=mysql
ExecStart=/application/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
LimitNOFILE = 5000
EOF
cat >> /etc/my.cnf << EOF
# 主从复制配置
server-id = 1
log-bin = mysql-bin
binlog-format = ROW
expire_logs_days = 10

# 其他配置
innodb_flush_log_at_trx_commit = 1
sync_binlog = 1
EOF
systemctl daemon-reload && systemctl start mysqld && systemctl enable mysqld
mysqladmin -uroot password '123'

3.2、从节点安装配置 MySQL 5.6

bash 复制代码 
wget https://downloads.mysql.com/archives/get/p/23/file/mysql-5.6.40-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
tar xzvf mysql-5.6.40-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
mkdir /application
mv mysql-5.6.40-linux-glibc2.12-x86_64 /application/mysql-5.6.40
ln -s /application/mysql-5.6.40/ /application/mysql
cd /application/mysql/support-files/
\cp my-default.cnf /etc/my.cnf
cp mysql.server /etc/init.d/mysqld
cd /application/mysql/scripts
useradd mysql -s /sbin/nologin -M
yum -y install autoconf
./mysql_install_db --user=mysql --basedir=/application/mysql  --data=/application/mysql/data
echo 'export PATH="/application/mysql/bin:$PATH"' >> /etc/profile.d/mysql.sh
source /etc/profile
sed -i 's#/usr/local#/application#g' /etc/init.d/mysqld /application/mysql/bin/mysqld_safe
sed -i '/^# basedir = /a\basedir = /application/mysql/' /etc/my.cnf
sed -i '/^# datadir = /a\datadir = /application/mysql/data/' /etc/my.cnf
cat >> /usr/lib/systemd/system/mysqld.service <<EOF
[Unit]
Description=MySQL Server
Documentation=man:mysqld(8)
Documentation=https://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html
After=network.target
After=syslog.target
[Install]
WantedBy=multi-user.target
[Service]
User=mysql
Group=mysql
ExecStart=/application/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
LimitNOFILE = 5000
EOF
cat >> /etc/my.cnf << EOF
# 主从复制配置
server-id = 2
relay-log = mysql-relay-bin
log-bin = mysql-bin
read-only = 1

# 并行复制配置
slave_parallel_workers = 4
EOF
systemctl daemon-reload && systemctl start mysqld && systemctl enable mysqld
mysqladmin -uroot password '123'
bash 复制代码 
mysql -V
select version();

4、检查主从库server_id、log_bin、 slave_parallel_workers

sql 复制代码 
show variables like 'server_id';

show variables like 'log_bin';

show variables like 'slave_parallel_workers';

show processlist;

5、创建主从复制用户

主库

sql 复制代码 
#创建slave用户
grant replication slave on *.* to slave@'192.168.112.%' identified by '123';

flush privileges;

6、获取主库的二进制日志文件和位置

sql 复制代码 
# 记录下 File 和 Position 的值
show master status;

7、配置从库连接主库参数并启动从库复制进程

sql 复制代码 
change master to
master_host='192.168.112.10',
master_user='slave',
master_password='123',
master_log_file='mysql-bin.000001',
master_log_pos=552;

start slave;
show slave status\G;

8、验证主从复制

8.1、查看主库从库数据

目前数据一致

sql 复制代码 
show databases;

use test ; show tables;

8.2、主库创建表并插入数据

sql 复制代码 
create table test_table (id int auto_increment primary key,name varchar(255),created_at timestamp default current_timestamp);

insert into test_table (name , created_at) values ('Data1', now());
insert into test_table (name , created_at) values ('Data2', now());
insert into test_table (name , created_at) values ('Data3', now());

8.3、从库执行查询操作

sql 复制代码 
show tables;

select * from test_table;

9、主节点单库多表 sysbench 写压测 从节点测试延迟

9.1、安装 sysbench 压测工具

bash 复制代码 
curl -s https://packagecloud.io/install/repositories/akopytov/sysbench/script.rpm.sh | sudo bash

yum -y install sysbench

sysbench --version

9.2、创建测试数据库

sql 复制代码 
# 主节点
create database tssysbench;

9.3、使用 sysbench 准备测试数据

bash 复制代码 
sysbench /usr/share/sysbench/oltp_write_only.lua \
--mysql-host=192.168.112.10 --mysql-port=3306 \
--mysql-user=root --mysql-password='123' \
--mysql-db=tssysbench --db-driver=mysql \
--tables=20 --table-size=10000 --report-interval=10 \
--threads=64 --time=200 \
prepare
  • /usr/share/sysbench/ 目录下有OLTP 基准测试的脚本文件，我们使用的是写测试模拟并发写入情况
  • --mysql-host=192.168.112.10 --mysql-port=3306 \ --mysql-user=root --mysql-password='123' \ 数据库的用户和密码等信息
  • --mysql-db=tssysbench --tables=20 --table_size=10000：这一串的意思，就是说在tssysbench这个库里，构造20个测试表，每个测试表里构造1万条测试数据，测试表的名字会是类似于sbtest1，sbtest2这个样子的
  • --db-driver=mysql：代表数据库驱动
  • --time=200：这个就是说连续访问200秒
  • --threads=64：这个就是说用64个线程模拟并发访问
  • --report-interval=10：这个就是说每隔10秒输出一下压测情况
  • 最后有一个prepare，意思是参照这个命令的设置去构造出来我们需要的数据库里的数据，他会自动创建20个测试表，每个表里创建1万条测试数据。一共20w条数据

9.4、运行写操作测试

bash 复制代码 
sysbench /usr/share/sysbench/oltp_write_only.lua \
--mysql-host=192.168.112.10 --mysql-port=3306 \
--mysql-user=root --mysql-password='123' \
--mysql-db=tssysbench --db-driver=mysql \
--tables=20 --table-size=10000 --report-interval=10 \
--threads=64 --time=200 \
run

每10s压测情况报告（取第一个10s做参数详解）：

  • thds: 64，这个意思就是有64个线程在压测

  • tps: 4971.66，这个意思就是每秒执行了4971.66个事务

  • qps: 29851.48，意思是每秒执行了29851.48个请求

  • (r/w/o: 0.00/17826.55/8911.43) ，意思是每秒29851.48个请求中有19902.85个写请求、9948.63个其他请求，是对QPS进行了rwo拆解

  • lat (ms,95%)：21.50，意思是95%的请求延迟都在21.50ms以下

  • err/s: 0.00 reconn/s: 0.00 ，意思是每秒有0.1个请求是失败的，发生了0次网络重连
    结果参数详解：

  • SQL statistics: SQL统计信息

    • read:0， 0次读操作
    • write:4154598， 4154598次写操作
    • other:2077304, 2077304次其他操作
    • total:6231902，6231902次总操作数
    • transactions:1038646 (5192.32 per sec)，在整个测试过程中，完成了 1,038,646 个事务，平均每秒完成 5192.32 个事务（tps）。
    • queries:6231902 (31154.05 per sec.)，在整个测试过程中，执行了 6,231,902 次查询，平均每秒执行 31,154.05 次查询（qps)。
    • ignored errors:12 (0.06 per sec），在整个测试过程中，忽略了 12 个错误，平均每秒忽略 0.06 个错误
    • reconnects:0(0.00 per sec.) ,在整个测试过程中，没有发生任何重连，平均每秒重连次数为 0。

  • General statistics: 总体统计信息

    • total time:200.0347s，测试总用时200.0347 秒
    • total number of events:1038646，在测试期间发生的总事件数1038646，即完成的事务数。

  • Latency (ms):延迟统计信息

    • min: 1.29 最小延迟1.29 毫秒
    • avg: 12.32 平均延迟12.32 毫秒
    • max: 186.34 最大延迟 186.34 毫秒
    • 95th percentile: 20.37 95% 的事件的响应时间不超过 20.37 毫秒
    • sum: 12798566.05 所有事件的总延迟事件为 12798566.05 毫秒

  • Threads fairness: 线程公平性

    • events (avg/stddev): 16228.8438/91.38 每个线程平均完成的事件数及其标准偏差。平均每个线程完成了 16,228.8438 个事件，标准偏差为 91.38
    • execution time (avg/stddev): 199.9776/0.01 每个线程平均执行的时间及其标准偏差。平均每个线程执行了 199.9776 秒，标准偏差为 0.01

9.5、从库采集延迟时间

collect_delay.sh

bash 复制代码 
#!/bin/bash

# 从库连接信息
SLAVE_MYSQL_USER="root"
SLAVE_MYSQL_PASSWORD="123"

# 采集次数
COLLECT_COUNT=10

# 记录延迟时间的数组
DELAY_TIMES=()

for ((i=1; i<=COLLECT_COUNT; i++)); do
    echo "Collecting delay $i..."
    
    # 获取从库的延迟时间
    DELAY=$(mysql -u $SLAVE_MYSQL_USER -p$SLAVE_MYSQL_PASSWORD -e "SHOW SLAVE STATUS\G;" | grep Seconds_Behind_Master | awk '{print $2}')
    DELAY_TIMES+=($DELAY)
    
    # 等待一段时间
    sleep 20
done

# 计算平均延迟时间
AVERAGE_DELAY=$(echo "${DELAY_TIMES[@]}" | tr ' ' '+' | bc -l)
AVERAGE_DELAY=$(echo "$AVERAGE_DELAY / $COLLECT_COUNT" | bc -l)

echo "Average delay for replication: $AVERAGE_DELAY seconds"

这里对从库主从复制延迟的参数是采集 Seconds_Behind_Master 的值，压测200s内同时对从库进行延迟数据的采集，10s一次最后取值为10次平均值

最终延迟为48.0s

9.6、事务处理速度（TPS，Transactions Per Second）和查询处理速度（QPS，Queries Per Second）

场景 单库多表
数据量 20w
线程数 64
压测时间 200s
事务数 1,038,646
TPS 5,192.32 事务/秒
QPS 3,1154.05 查询/秒
主从复制延迟 48.0s

9.7、清除测试数据

run 改为 cleanup 即可

bash 复制代码 
sysbench /usr/share/sysbench/oltp_write_only.lua \
--mysql-host=192.168.112.10 --mysql-port=3306 \
--mysql-user=root --mysql-password='123' \
--mysql-db=tssysbench --db-driver=mysql \
--tables=20 --table-size=10000 --report-interval=10 \
--threads=64 --time=200 \
cleanup

10、主节点多库多表 sysbench 写压测 从节点测试延迟

因为我目前不知道 sysbench 是否有多库多表压测的特性，所以采用 parallel 并行执行 sysbench 写压测。观测从节点延迟。还是20w条数据

10.1、创建测试数据库

10个数据库，每个数据库10张表，每张表2000条数据，64线程模拟并发，持续时间200s
create-db.sh

sql 复制代码 
#!/bin/bash

# 主库连接信息
MYSQL_HOST="192.168.112.10"
MYSQL_USER="root"
MYSQL_PASSWORD="123"

# 创建10个数据库
for i in $(seq 1 10); do
    DB_NAME="test_db$i"
    mysql -h $MYSQL_HOST -u $MYSQL_USER -p$MYSQL_PASSWORD -e "CREATE DATABASE $DB_NAME;"
done

10.2、使用 sysbench 准备测试数据

sysbench-pre.sh

bash 复制代码 
#!/bin/bash

# 主库连接信息
MYSQL_HOST="192.168.112.10"
MYSQL_USER="root"
MYSQL_PASSWORD="123"

for i in $(seq 1 10); do
    DB_NAME="test_db$i"
    
    # 准备测试数据
    sysbench /usr/share/sysbench/oltp_write_only.lua \
    --mysql-host=$MYSQL_HOST --mysql-port=3306 \
    --mysql-user=$MYSQL_USER --mysql-password=$MYSQL_PASSWORD \
    --mysql-db=$DB_NAME --db-driver=mysql \
    --tables=10 --table-size=2000 --report-interval=10 \
    --threads=64 --time=200 \
    prepare
done

10.3、运行写操作测试

sysbench-run.sh

bash 复制代码 
#!/bin/bash

# 主库连接信息
MYSQL_HOST="192.168.112.10"
MYSQL_USER="root"
MYSQL_PASSWORD="123"

# 使用 parallel 运行 sysbench 测试
seq 1 10 | parallel --no-notice -j 8 '
    DB_NAME=test_db{}
    sysbench /usr/share/sysbench/oltp_write_only.lua \
    --mysql-host='$MYSQL_HOST' --mysql-port=3306 \
    --mysql-user='$MYSQL_USER' --mysql-password='$MYSQL_PASSWORD' \
    --mysql-db=$DB_NAME --db-driver=mysql \
    --tables=10 --table-size=2000 --report-interval=10 \
    --threads=8 --time=200 \
    run
'

10.4、从库采集延迟时间

collect_delay.sh

bash 复制代码 
#!/bin/bash

# 从库连接信息
SLAVE_MYSQL_USER="root"
SLAVE_MYSQL_PASSWORD="123"

# 采集次数
COLLECT_COUNT=10

# 记录延迟时间的数组
DELAY_TIMES=()

for ((i=1; i<=COLLECT_COUNT; i++)); do
    echo "Collecting delay $i..."
    
    # 获取从库的延迟时间
    DELAY=$(mysql -u $SLAVE_MYSQL_USER -p$SLAVE_MYSQL_PASSWORD -e "SHOW SLAVE STATUS\G;" | grep Seconds_Behind_Master | awk '{print $2}')
    DELAY_TIMES+=($DELAY)
    
    # 等待一段时间
    sleep 20
done

# 计算平均延迟时间
AVERAGE_DELAY=$(echo "${DELAY_TIMES[@]}" | tr ' ' '+' | bc -l)
AVERAGE_DELAY=$(echo "$AVERAGE_DELAY / $COLLECT_COUNT" | bc -l)

echo "Average delay for replication: $AVERAGE_DELAY seconds"

针对MySQL 5.6 版本 多库多表的性能测试就先这样吧

从执行结果看使用 parallel 执行 sysbench 多库是串行而非并行所以控制不了变量

四、MySQL 5.7 基于组提交的并行复制

MySQL5.7中slave服务器的回放与master是一致的，即master服务器上是怎么并行执行的，那么slave上就怎样进行并行回放。不再有库的并行复制限制。

1、原理

通过对事务进行分组，优化减少了生成二进制日志所需的操作数。当事务同时提交时，它们将在单个操作中写入到二进制日志中。如果事务能同时提交成功，那么它们就不会共享任何锁，这意味着它们没有冲突，因此可以在Slave上并行执行。所以通过在二进制日志中添加组提交信息，实现Slave可以并行地安全地运行事务。

Group Commit技术在MySQL5.6中是为了解决事务提交的时候需要fsync导致并发性不够而引入的。简单来说，就是由于事务提交时必须将Binlog写入到磁盘上而调用fsync，这是一个代价比较高的操作，事务并发提交的情况下，每个事务各自获取日志锁并进行fsync会导致事务实际上以串行的方式写入Binlog文件，这样就大大降低了事务提交的并发程度。

Group Commit技术将事务的提交阶段分成了Flush、Sync、Commit三个阶段，每个阶段维护一个队列，并且由该队列中第一个线程负责执行该步骤，这样实际上就达到了一次可以将一批事务的Binlog fsync到磁盘的目的，这样的一批同时提交的事务称为同一个Group的事务

Group Commit虽然是属于并行提交的技术，但是解决了从服务器上事务并行回放的一个难题------即如何判断哪些事务可以并行回放。如果一批事务是同时Commit的，那么这些事务必然不会有互斥的持有锁，也不会有执行上的相互依赖，因此这些事务必然可以并行的回放。

为了标记事务所属的组，MySQL5.7版本在产生Binlog日志时会有两个特殊的值记录在 Binlog Event 中，last_committed 和 sequence_number，其中 last_committed指的是该事务提交时，上一个事务提交的编号，sequence_number是事务提交的序列号，在一个Binlog文件内单调递增。如果两个事务的last_committed值一致，这两个事务就是在一个组内提交的。

为了兼容MySQL5.6基于库的并行复制，5.7引入了新的变量slave-parallel-type，其可以配置的值有：DATABASE（默认值，基于库的并行复制方式）、LOGICAL_CLOCK（基于组提交的并行复制方式)。

2、部署主从复制

因为变量 slave-parallel-type 的参数设置中 database 实际上就是 MySQL 5.6 版本的多线程复制

所以这个 MySQL 5.7 版本就采用 logical_clock

2.1、主节点安装配置 MySQL 5.7

bash 复制代码 
cd /usr/local
wget https://cdn.mysql.com/archives/mysql-5.7/mysql-5.7.35-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
tar -zxvf mysql-5.7.35-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
ln -s mysql-5.7.35-linux-glibc2.12-x86_64 mysql
groupadd mysql
useradd -r -g mysql mysql
cd /usr/local/mysql
chown -R mysql:mysql .
mkdir -p /usr/local/mysql/data
chown -R mysql:mysql /usr/local/mysql/data
./bin/mysqld --initialize --user=mysql --datadir=/usr/local/mysql/data
cat > /etc/my.cnf << EOF
[mysqld]
basedir = /usr/local/mysql
datadir = /usr/local/mysql/data
socket = /tmp/mysql.sock
pid-file = /usr/local/mysql/data/mysqld.pid
user = mysql
port = 3306
# 二进制日志配置
server-id = 1
log-bin = mysql-bin
binlog-format = row
expire_logs_days = 10
gtid-mode = ON
enforce-gtid-consistency=ON
# 主从复制配置
log-slave-updates = 1
read-only = 0
EOF
cat > /etc/systemd/system/mysqld.service << EOF
[Unit]
Description=MySQL 5.7 Database Server
After=network.target

[Service]
User=mysql
Group=mysql
ExecStart=/usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
systemctl daemon-reload && systemctl start mysqld && systemctl enable mysqld
echo 'export PATH="/usr/local/mysql/bin:$PATH"' >> /etc/profile.d/mysql.sh
source /etc/profile
======================================================================================
> 使用临时密码登录MySQL，修改 root 密码
ALTER USER 'root'@'localhost' IDENTIFIED BY '123';
FLUSH PRIVILEGES;
EXIT;

临时密码

2.2、从节点安装配置 MySQL 5.7

bash 复制代码 
cd /usr/local
wget https://cdn.mysql.com/archives/mysql-5.7/mysql-5.7.35-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
tar -zxvf mysql-5.7.35-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz
ln -s mysql-5.7.35-linux-glibc2.12-x86_64 mysql
groupadd mysql
useradd -r -g mysql mysql
cd /usr/local/mysql
chown -R mysql:mysql .
mkdir -p /usr/local/mysql/data
chown -R mysql:mysql /usr/local/mysql/data
./bin/mysqld --initialize --user=mysql --datadir=/usr/local/mysql/data
cat > /etc/my.cnf << EOF
[mysqld]
basedir = /usr/local/mysql
datadir = /usr/local/mysql/data
socket = /tmp/mysql.sock
pid-file = /usr/local/mysql/data/mysqld.pid
user = mysql
port = 3306
# 二进制日志配置
server-id = 2
log-bin = mysql-bin
binlog-format = row
expire_logs_days=10

# 主从复制配置
relay-log=mysql-relay-bin
log-slave-updates=ON
gtid-mode=ON
enforce-gtid-consistency=ON
slave-parallel-type=LOGICAL_CLOCK
slave-parallel-workers=4
slave_preserve_commit_order=on
read-only = 0
EOF
cat > /etc/systemd/system/mysqld.service << EOF
[Unit]
Description=MySQL 5.7 Database Server
After=network.target

[Service]
User=mysql
Group=mysql
ExecStart=/usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
systemctl daemon-reload && systemctl start mysqld && systemctl enable mysqld
echo 'export PATH="/usr/local/mysql/bin:$PATH"' >> /etc/profile.d/mysql.sh
source /etc/profile
======================================================================================
> 使用临时密码登录MySQL，修改 root 密码
ALTER USER 'root'@'localhost' IDENTIFIED BY '123';	
FLUSH PRIVILEGES;
EXIT;

临时密码

3、检查主从库server_id、log_bin、 slave_parallel_workers、slave-parallel-type

sql 复制代码 
show variables like 'version';

show variables like 'server_id';

show variables like 'log_bin';

show variables like 'slave_parallel_type';

4、创建主从复制用户

主库

sql 复制代码 
#登录数据库
mysql -uroot -p123

#创建slave用户
grant replication slave on *.* to slave@'192.168.112.%' identified by '123';

flush privileges;

select user,host,authentication_string from mysql.user;
  • grant replication slave on *.*: 授予 replication slave 权限，允许用户从主库复制数据。*.* 表示所有数据库和所有表。
  • to slave@'192.168.112.%': 指定用户名为 slave，允许从 192.168.112.% 子网内的任何IP地址连接到主库。
  • identified by '123': 设置用户的密码为 123。

5、获取主库的二进制日志文件和位置

sql 复制代码 
# 记录下 File 和 Position 的值
show master status;

6、配置从库连接主库参数并启动从库复制进程

sql 复制代码 
change master to
master_host='192.168.112.10',
master_user='slave',
master_password='123',
master_log_file='mysql-bin.000003',
master_log_pos=602;

start slave;
show slave status\G;

7、验证主从复制

7.1、查看主库从库数据

目前数据一致

sql 复制代码 
show databases;

# 主库
create database test;use test;

7.2、主库创建表并插入数据

sql 复制代码 
create table test_table (id int auto_increment primary key,name varchar(255),created_at timestamp default current_timestamp);

insert into test_table (name , created_at) values ('Data1', now());
insert into test_table (name , created_at) values ('Data2', now());
insert into test_table (name , created_at) values ('Data3', now());

7.3、从库执行查询操作

sql 复制代码 
use test;show tables;

select * from test_table;

8、主节点单库多表 sysbench 写压测 从节点测试延迟

8.1、安装 sysbench 压测工具

bash 复制代码 
curl -s https://packagecloud.io/install/repositories/akopytov/sysbench/script.rpm.sh | sudo bash

yum -y install sysbench

sysbench --version

8.2、创建测试数据库

sql 复制代码 
# 主节点
create database tssysbench;

8.3、使用 sysbench 准备测试数据

与MySQL 5.6 版本的单库多表写压测一样的数据形成对照

bash 复制代码 
sysbench /usr/share/sysbench/oltp_write_only.lua \
--mysql-host=192.168.112.10 --mysql-port=3306 \
--mysql-user=root --mysql-password='123' \
--mysql-db=tssysbench --db-driver=mysql \
--tables=20 --table-size=10000 --report-interval=10 \
--threads=64 --time=200 \
prepare
  • /usr/share/sysbench/ 目录下有OLTP 基准测试的脚本文件，我们使用的是写测试模拟并发写入情况
  • --mysql-host=192.168.112.10 --mysql-port=3306 \ --mysql-user=root --mysql-password='123' \ 数据库的用户和密码等信息
  • --mysql-db=tssysbench --tables=20 --table_size=10000：这一串的意思，就是说在tssysbench这个库里，构造20个测试表，每个测试表里构造1万条测试数据，测试表的名字会是类似于sbtest1，sbtest2这个样子的
  • --db-driver=mysql：代表数据库驱动
  • --time=200：这个就是说连续访问200秒
  • --threads=64：这个就是说用64个线程模拟并发访问
  • --report-interval=10：这个就是说每隔10秒输出一下压测情况
  • 最后有一个prepare，意思是参照这个命令的设置去构造出来我们需要的数据库里的数据，他会自动创建20个测试表，每个表里创建1万条测试数据。一共20w条数据

8.4、运行写操作测试

bash 复制代码 
    sysbench /usr/share/sysbench/oltp_write_only.lua \
    --mysql-host=192.168.112.10 --mysql-port=3306 \
    --mysql-user=root --mysql-password='123' \
    --mysql-db=tssysbench --db-driver=mysql \
    --tables=20 --table-size=10000 --report-interval=10 \
    --threads=64 --time=200 \
    run

每10s压测情况报告（取第一个10s做参数详解）：

  • thds: 64，这个意思就是有64个线程在压测

  • tps: 4502.30，这个意思就是每秒执行了4502.30个事务

  • qps: 27035.08，意思是每秒执行了27035.08个请求

  • (r/w/o: 0.00/18025.39/9009.69) ，意思是每秒27035.08个请求中有18025.39个写请求、9009.69个其他请求，是对QPS进行了rwo拆解

  • lat (ms,95%)：23.52，意思是95%的请求延迟都在23.52ms以下

  • err/s: 0.10 reconn/s: 0.00 ，意思是每秒有0.1个请求是失败的，发生了0次网络重连
    结果参数详解：

  • SQL statistics: SQL统计信息

    • read:0， 0次读操作
    • write:3352319， 3352319次写操作
    • other:1676162，1676162次其他操作
    • total:5028481，5028481次总操作数
    • transactions:838077 (4189.48 per sec)，在整个测试过程中，完成了 838,077 个事务，平均每秒完成 4,189.48 个事务（tps）。
    • queries:5028481 (25136.95 per sec.)，在整个测试过程中，执行了 5,028,481 次查询，平均每秒执行 25,136.95 次查询（qps)。
    • ignored errors:8(0.04 per sec），在整个测试过程中，忽略了 8 个错误，平均每秒忽略 0.04 个错误
    • reconnects:0(0.00 per sec.) ,在整个测试过程中，没有发生任何重连，平均每秒重连次数为 0。

  • General statistics: 总体统计信息

    • total time:200.0429s，测试总用时200.0429 秒
    • total number of events:838077，在测试期间发生的总事件数838,077，即完成的事务数。

  • Latency (ms):延迟统计信息

    • min: 1.25 最小延迟1.25 毫秒
    • avg: 15.27 平均延迟15.27 毫秒
    • max: 153.27 最大延迟 153.27 毫秒
    • 95th percentile: 25.28 95% 的事件的响应时间不超过 25.28 毫秒
    • sum: 12798796.95 所有事件的总延迟事件为 12798796.95 毫秒

  • Threads fairness: 线程公平性

    • events (avg/stddev): 13094.9531/66.16 每个线程平均完成的事件数及其标准偏差。平均每个线程完成了 13,094.9531 个事件，标准偏差为 66.16
    • execution time (avg/stddev): 199.9812/0.01 每个线程平均执行的时间及其标准偏差。平均每个线程执行了 199.9812 秒，标准偏差为 0.01

8.5、从库采集延迟时间

collect_delay.sh

bash 复制代码 
#!/bin/bash

# 从库连接信息
SLAVE_MYSQL_USER="root"
SLAVE_MYSQL_PASSWORD="123"

# 采集次数
COLLECT_COUNT=10

# 记录延迟时间的数组
DELAY_TIMES=()

for ((i=1; i<=COLLECT_COUNT; i++)); do
    echo "Collecting delay $i..."
    
    # 获取从库的延迟时间
    DELAY=$(mysql -u $SLAVE_MYSQL_USER -p$SLAVE_MYSQL_PASSWORD -e "SHOW SLAVE STATUS\G;" | grep Seconds_Behind_Master | awk '{print $2}')
    DELAY_TIMES+=($DELAY)
    
    # 等待一段时间
    sleep 20
done

# 计算平均延迟时间
AVERAGE_DELAY=$(echo "${DELAY_TIMES[@]}" | tr ' ' '+' | bc -l)
AVERAGE_DELAY=$(echo "$AVERAGE_DELAY / $COLLECT_COUNT" | bc -l)

echo "Average delay for replication: $AVERAGE_DELAY seconds"

这里对从库主从复制延迟的参数是采集 Seconds_Behind_Master 的值，压测200s内同时对从库进行延迟数据的采集，10s一次最后取值为10次平均值

最终延迟为44.4s

8.6、事务处理速度（TPS，Transactions Per Second）和查询处理速度（QPS，Queries Per Second）

场景 单库多表
数据量 20w
线程数 64
压测时间 200s
事务数 838077
TPS 4,189.48 事务/秒
QPS 25,136.95 查询/秒
主从复制延迟 44.4s

。。。同样的 sysbench 写压测参数，单库多表，20张表、每张表10000条数据、并发线程数64、持续压测时间200s

至少相对 MySQL 5.6 版本，MySQL 5.7 版本的主从复制延迟时间是优化了的

8.7、清除测试数据

run 改为 cleanup 即可

bash 复制代码 
sysbench /usr/share/sysbench/oltp_write_only.lua \
--mysql-host=192.168.112.10 --mysql-port=3306 \
--mysql-user=root --mysql-password='123' \
--mysql-db=tssysbench --db-driver=mysql \
--tables=20 --table-size=10000 --report-interval=10 \
--threads=64 --time=200 \
cleanup

五、MySQL 8.0 基于 WriteSet 的并行复制

1、概述

基于组提交 LOGICAL_CLOCK 多线程复制机制在每组提交事务足够多，即业务量足够大时表现较好。但很多实际业务中，虽然事务没有 Lock Interval 重叠，但这些事务操作的往往是不同的数据行，也不会有锁冲突，是可以并行执行的，但 LOGICAL_CLOCK 的实现无法使这部分事务得到并行重放。为了解决这个问题，MySQL 在 5.7.22 版本推出了基于WriteSet的并行复制。简单来说，WriteSet并行复制的思想是：不同事务的记录不重叠，则都可在从库上并行重放。可以看到并行的力度从组提交细化为记录级。

MySQL8.0 是基于write-set的并行复制，write-set由binlog-transaction-dependency-tracking参数进行控制。MySQL 会有一个集合变量来存储事务修改的记录信息（主键哈希值），所有已经提交的事务所修改的主键值经过 hash 后都会与那个变量的集合进行对比，来判断改行是否与其冲突，并以此来确定依赖关系，没有冲突即可并行。这样的粒度，就到了 row 级别了，此时并行的粒度更加精细，并行的速度会更快。

2、核心原理

Master 端

  1. WriteSet 的生成：

    • 当事务提交时，MySQL 会计算该事务修改的所有行的 WriteSet。WriteSet 是一个哈希集合，包含了所有被修改的行的唯一标识符（通常是主键或唯一键的哈希值）。

      sql 复制代码 
      WriteSet=hash(index_name | db_name | db_name_length | table_name | table_name_length | value | value_length)

  2. WriteSet 的存储：

    • MySQL 维护一个哈希表来存储 WriteSet 和其对应的 sequence number。
    • 每个事务提交时，会检查哈希表中是否存在相同的 WriteSet。

  3. last_committed 的更新：

    • 无冲突 ：如果哈希表中不存在相同的 WriteSet，说明当前事务与之前的事务没有冲突。此时，WriteSet 插入哈希表，并且当前事务的 last_committed 值保持不变，与前一个事务的 last_committed 值相同。
    • 有冲突 ：如果哈希表中存在相同的 WriteSet，说明当前事务与之前的事务有冲突。此时，更新哈希表中对应 WriteSet 的 sequence_number，并将当前事务的 last_committed 值更新为新的 sequence_number。

Slave 端

  1. 并行执行
    • 在从库上，复制调度器会检查事务的 last_committed 值。
    • 如果两个事务的 last_committed 值相同，说明它们可以并行执行。
    • 如果两个事务的 last_committed 值不同，说明它们有冲突，必须按顺序执行。

3、MySQL 8.0 相关参数

在MySQL 8.0中，引入了参数binlog_transaction_dependency_tracking用于控制如何决定事务的依赖关系。

3.1、binlog_transaction_dependency_tracking

该值有三个选项：

  • COMMIT_ORDERE:表示继续使用5.7中的基于组提交的方式决定事务的依赖关系(默认值)；
  • WRITESET：表示使用写集合来决定事务的依赖关系；
  • WRITESET_SESSION：表示使用WriteSet来决定事务的依赖关系，但是同一个Session内的事务不会有相同的last_committed值(同一个会话中的事务不能并行执行)。

3.2、transaction_write_set_extraction

指定事务写集合的哈希算法，可设置的值有：

  • OFF
  • MURMUR32
  • XXHASH64（默认值）。

对于 Group Replication，该参数必须设置为 XXHASH64。

注意，若要将 binlog_transaction_dependency_tracking 设置为 WRITESET 或 WRITESET_SESSION，则该参数不能设置为 OFF。

3.3、binlog_transaction_dependency_history_size

m_writeset_history 的上限，默认 25000。

一般来说，binlog_transaction_dependency_history_size 越大，m_writeset_history 能存储的行的信息就越多。在不出现行冲突的情况下，m_writeset_history_start 也会越小。相应地，新事务的 last_committed 也会越小，在从库重放的并发度也会越高。

4、WriteSet 依赖检测条件

WriteSet是基于主键的冲突检测(binlog_transaction_depandency_tracking = COMMIT_ORDERE|WRITESET|WRITESET_SESSION,修改的row的主键或非空唯一键没有冲突，即可并行)。

在开启了WRITESET或WRITESET_SESSION后，MySQL按以下的方式标识并记录事务的更新：

  • 如果事务当前更新的行有主键，则将HASH（DB名、TABLE名、KEY名称、KEY_VALUE1、KEY_VALUE2......）加入到当前事务的vector write_set中。
  • 如果事务当前更新的行有非空的唯一键，同样将HASH（DB名、TABLE名、KEY名、KEY_VALUE1）......加入到当前事务的write_set中。
  • 如果事务更新的行有外键约束且不为空，则将该外键信息与VALUE的HASH加到当前事务的 write_set中。
  • 如果事务当前更新的表的主键是其它某个表的外键，则设置当前事务has_related_foreign_key = true。
  • 如果事务更新了某一行且没有任何数据被加入到write_set中，则标记当前事务 has_missing_key = true。在执行冲突检测的时候，先会检查has_related_foreign_key和has_missing_key ， 如果为true，则退到COMMIT_ORDER模式；否则，会依照事务的write_set中的HASH值与已提交的事务的write_set进行比对。如果没有冲突，则当前事务与最后一个已提交的事务共享相同的last_commited，否则将从全局已提交的write_set中删除那个冲突的事务之前提交的所有write_set，并退化到COMMIT_ORDER计算last_committed。
  • 在每一次计算完事务的last_committed值以后，需要去检测当前全局已经提交的事务的write_set是否已经超过了binlog_transaction_dependency_history_size设置的值，如果超过，则清空已提交事务的全局write_set。

从检测条件上看，该特性依赖于主键和唯一索引，如果事务涉及的表中没有主键且没有唯一非空索引，那么将无法从此特性中获得性能的提升。除此之外，还需要将Binlog格式设置为Row格式。

5、基于 COMMIT_ORDER，WRITESET_SESSION，WRITESET 方案的压测

MySQL 官方有对 COMMIT_ORDER，WRITESET_SESSION，WRITESET 这三种方案的压测测试

我这里就不测试了

主库环境：16 核，SSD，1个数据库，16 张表，共 800w 条数据。

压测场景：OLTP Read/Write, Update Indexed Column 和 Write-only。

压测方案：在关闭复制的情况下，在不同的线程数下，注入 100w 个事务。开启复制，观察不同线程数下，不同方案的从库重放速度。

三个场景下的压测结果如图所示。

结论

1、对于 COMMIT_ORDER 方案，主库并发度越高，从库的重放速度越快。

2、对于 WRITESET 方案，主库的并发线程数对其几乎没有影响。甚至，单线程下 WRITESET 的重放速度都超过了 256 线程下的COMMIT_ORDER。

3、与 COMMIT_ORDER 一样，WRITESET_SESSION 也依赖于主库并发。只不过，在主库并发线程数较低（4 线程、8 线程）的情况下，WRITESET_SESSION 也能实现较高的吞吐量。

6、开启并行复制

修改过 my.cnf 配置文件中的参数都需要重载重启 MySQL 才能生效

6.1、主库

sql 复制代码 
binlog_transaction_dependency_tracking = WRITESET
transaction_write_set_extraction = XXHASH64
binlog_transaction_dependency_history_size = 25000
binlog_format = ROW
  • binlog_transaction_dependency_tracking ：
    • COMMIT_ORDER：基于提交顺序的依赖关系。这意味着事务的依赖关系是根据它们在主库上提交的顺序来确定的。
    • WRITESET：基于写集的依赖关系。这意味着事务的依赖关系是根据它们修改的数据行来确定的。
    • WRITESET_SESSION：基于会话的写集依赖关系。这是 WRITESET 的一种更细粒度的变体，它不仅考虑事务修改的数据行，还考虑会话内的事务依赖关系。
  • transaction_write_set_extraction = XXHASH64 ：选择用于计算 WriteSet 的哈希算法。
    • OFF：不计算 WriteSet。
    • XXHASH64：使用 XXHash64 算法。这是一种快速且分布均匀的哈希算法。
    • MURMUR32：使用 MurmurHash32 算法。这也是一种快速的哈希算法，但比 XXHash64 稍慢。
  • binlog_transaction_dependency_history_size ：设置 WriteSet 历史记录的最大大小。
    • 可以根据实际情况调整。较大的值可以提供更多的历史记录，但会占用更多内存。较小的值可能会导致历史记录过早被清除，影响依赖关系的准确性。
  • binlog_format ：设置二进制日志的格式。
    • STATEMENT：基于语句的复制。二进制日志记录的是 SQL 语句本身。
    • ROW：基于行的复制。二进制日志记录的是每行数据的变化。（基于 WRITESET 的并行复制方案，只在 binlog 格式为 ROW 的情况下才生效。）
    • MIXED：混合模式。MySQL 自动选择 STATEMENT 或 ROW 模式，以确保复制的正确性。

6.2、从库

sql 复制代码 
slave_parallel_type = LOGICAL_CLOCK
slave_parallel_workers = 16
slave_preserve_commit_order = ON
  • slave_parallel_type ：设置从库并行复制的类型。该参数有以下取值：
    • DATABASE：基于库级别的并行复制。MySQL 8.0.27 之前的默认值。
    • LOGICAL_CLOCK：基于组提交的并行复制。
  • slave_parallel_workers ：设置 Worker 线程的数量。
    • 开启了多线程复制，原来的 SQL 线程将演变为 1 个 Coordinator 线程和多个 Worker 线程。
  • slave_preserve_commit_order ：
    • 事务在从库上的提交顺序是否与主库保持一致，建议开启。
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