MySQL数据库——主从复制和读写分离

一、主从复制和读写分离的相关知识

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支持的复制类型

• STATEMENT：基于语句的复制。在服务器上执行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，执行效率高。
• ROW：基于行的复制。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。
• MIXED：混合类型的复制。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。

STATEMENT和row的对比

STATEMENT：
传输效率高，减少延迟。
在从库更新不存在的记录时，语句赋值不会失败。而行复制会导致失败，从而更早发现主从之间的不一致。
设表里有一百万条数据，一条sql更新了所有表，基于语句的复制仅需要发送一条sql，而基于行的复制需要发送一百万条更新记录
row:
不需要执行查询计划。
不知道执行的到底是什么语句。

6.主从复制的工作过程

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：
●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。

7.MySQL 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。

8.目前较为常见的 MySQL 读写分离分为以下两种：

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。

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。是一款流行的基于Java语言编写的数据库中间件，是一个实现了MySql协议的服务器，其核心功能是分库分表。配合数据库的主从模式还可以实现读写分离。

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。

9 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、主从复制的常见问题及解决方案

1 主从复制延迟的原因及解决方案

主从复制延迟原因
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）。
是同步复制，而不是异步复制。

解决方案
（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

2. 主从复制不一致的原因及解决方案

产生主从复制不一致的可能原因

1. 人为原因导致从库与主库数据不一致（从库写入）
2. 主从复制过程中，主库异常宕机
3. 设置了ignore/do/rewrite等replication等规则
4. binlog非row格式
5. 异步复制本身不保证，半同步存在提交读的问题，增强半同步起来比较完美。 但对于异常重启（Replication Crash Safe），从库写数据（GTID）的防范，还需要策略来保证。
6. 从库中断很久，binlog应用不连续，监控并及时修复主从
7. 从库启用了诸如存储过程，从库禁用存储过程等
8. 数据库大小版本/分支版本导致数据不一致？，主从版本统一
9. 备份的时候没有指定参数 例如mysqldump --master-data=2 等
10. 主从sql_mode 不一致
11. 一主二从环境，二从的server id一致
12. MySQL自增列 主从不一致
13. 主从信息保存在文件里面，文件本身的刷新是非事务的，导致从库重启后开始执行点大于实际执行点
14. 采用5.6的after_commit方式半同步，主库当机可能会引起主从不一致，要看binlog是否传到了从库
15. 启用增强半同步了（5.7的after_sync方式），但是从库延迟超时自动切换成异步复制

预防方案

（1）双一配置进行
（2） 将从库设置为只读模式
（3）可以使用5.7增强半同步避免数据丢失等。
（4）binlog row格式
（5）必须引定期的数据校验机制。

3.主从复制中从库的io，sql线程状态异常

问题1： 主从mysql的uuid一致导致
uuid一致的原因：虚拟机中是克隆主机时，MySQL的uuid会一致，或者是本机的数据库进行完全备份，数据迁移到另一台主机上，重启mysql服务后，两台主机的MySQL的uuid会发生一致的现象。
解决方案
假设是一致，修改其中的主或从uuid（需要中断服务）

问题2： 主从server-id保持一致
修改主配置中的server -id 即可，要保持每台主机的server-id是唯一的，并进行服务的重启。

问题3： 因为从库MySQL重启导致二进制文件位置从库和主库不一致。
通过 show master status\G 和show slave status\G master_log_file 和 master_log_pos 的值是否一致，若不一致，修改从库，与主库保持一致

4.mysql从服务器挂了 恢复后怎么保证数据同步？

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。

5.半同步复制什么情况下会降为异步复制？什么时候又会恢复同步复制？

当半同步复制发生超时（由rpl_semi_sync_master_timeout 参数控制，默认为10000ms， 即10s），会暂时关闭半同步复制，转而使用异步复制，也就是会自动降为异步工作。
当malster 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半同步复制。

6.追求安全性的双一设置：

innodb_flush_log_at_trx_commit=1
sync_binlog=1

7.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

1.sync_binlog：binlog 的刷盘策略，默认为0
如果为 0，像操作系统刷其他文件的机制一样，MySQL不会同步到磁盘中去而是依赖操作系统来刷新binary log。
sync_binlog = N (N>0)，MySQL 在每写 N 次 二进制日志binary log时，会使用fdatasync()函数将它的写二进制日志binary log同步到磁盘中去。

2.innodb_flush_log_at_trx_commit：redo log 的刷盘策略，默认为 1
如果innodb_flush_log_at_trx_commit设置为 0：log buffer将每秒一次地写入log file中，并且log file的flush(刷到磁盘)操作同时进行.该模式下，在事务提交的时候，不会主动触发写入磁盘的操作;
如果innodb_flush_log_at_trx_commit设置为 1：每次事务提交时MySQL都会把log buffer的数据写入log file，并且flush(刷到磁盘)中去;
如果innodb_flush_log_at_trx_commit设置为 2：每次事务提交时MySQL都会把log buffer的数据写入log file，但是flush(刷到磁盘)操作并不会同时进行。该模式下,MySQL会每秒执行一次 flush(刷到磁盘)操作。

3.logs-slave-updates=0
从服务器从主服务器接收到的更新不记入它的二进制日志。

4.innodb_buffer_pool_size
它的是一个内存区域，用来缓存 InnoDB存储引擎的表中的数据和索引数据。以便提高对 InnoDB存储引擎表中数据的查询访问速度。
在查看 innodb_buffer_pool_size这个参数值的时候，是以 字节(byte)为单位进行展现的。它的默认值为 134217728字节，也就是 128MB(134217728/1204/1024=128MB，1MB=1024KB,1KB=1024Byte)。
在MySQL 5.7.5版本后，可以在不重启MySQL数据库服务的情况下，动态修改这个参数的值，但是在此版本之前的老版本修改后需要重启数据库服务才可以生效。

三、搭建 MySQL主从复制

1.Mysql主从服务器时间同步

##主服务器设置##
yum install ntp -y

vim /etc/ntp.conf
--末尾添加--
server 127.127.30.0							#设置本地是时钟源，注意修改网段
fudge 127.127.30.0 stratum 8				#设置时间层级为8（限制在15内）

service ntpd start


##从服务器设置##
yum install ntp ntpdate -y

service ntpd start
/usr/sbin/ntpdate 192.168.30.50				#进行时间同步

crontab -e
*/30 * * * * /usr/sbin/ntpdate 192.168.30.50

2.主服务器的mysql配置

vim /etc/my.cnf
server-id=11
log-bin=mysql-bin						#添加，主服务器开启二进制日志
binlog_format=mixed
	
#选配项	
expire_logs_days=7						#设置二进制日志文件过期时间，默认值为0，表示logs不过期
max_binlog_size=500M					#设置二进制日志限制大小，如果超出给定值，日志就会发生滚动，默认值是1GB
skip_slave_start=1						#阻止从库崩溃后自动启动复制，崩溃后再自动复制可能会导致数据不一致的

systemctl restart mysqld
mysql -u root -p123456
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'myslave'@'192.168.30.%' IDENTIFIED BY '123456';			#给从服务器授权
FLUSH PRIVILEGES;

show master status;
//如显示以下
+-------------------+----------+--------------+------------------+
| File              | Position | Binlog_Do_DB | Binlog_Ignore_DB |
+-------------------+----------+--------------+------------------+
| mysql-bin.000001  |    603   |              |                  |
+-------------------+----------+--------------+------------------+
1 row in set (0.00 sec)

#File 列显示日志名，Position 列显示偏移量

3.从服务器的mysql配置

vim /etc/my.cnf
server-id = 22								#修改，注意id与Master的不同，两个Slave的id也要不同
relay-log=relay-log-bin						#开启中继日志，从主服务器上同步日志文件记录到本地
relay-log-index=relay-log-bin.index			#定义中继日志文件的位置和名称，一般和relay-log在同一目录

#选配项
innodb_buffer_pool_size=2048M		#用于缓存数据和索引的内存大小，让更多数据读写内存中完成，减少磁盘操作，可设置为服务器总可用内存的 70-80%
sync_binlog=0						#MySQL不做任何强制性的磁盘刷新指令，而是依赖操作系统来刷新数据到磁盘
innodb_flush_log_at_trx_commit=2	#每次事务log buffer会写入log file，但一秒一次刷新到磁盘
log-slave-updates=0					#slave 从 master 复制的数据会写入二进制日志文件里，从库做为其他从库的主库时设置为 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。


systemctl restart mysqld

mysql -u root -p123456
CHANGE master to master_host='192.168.30.50',master_user='myslave',master_password='123456',master_log_file='mysql-bin.000001',master_log_pos=603;					#配置同步，注意 master_log_file 和 master_log_pos 的值要与Master查询的一致

start slave;						#启动同步，如有报错执行 reset slave;
show slave status\G					#查看 Slave 状态
//确保 IO 和 SQL 线程都是 Yes，代表同步正常。
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

#一般 Slave_IO_Running: No 的可能性：
1、网络不通
2、my.cnf配置有问题
3、密码、file文件名、pos偏移量不对
4、防火墙没有关闭

3.主从复制的测试

测试一：主服务器创建数据，从服务器复制数据
主服务器：创建测试数据

四、MySQL主从复制延迟

1.MySQL主从复制延迟的原因

1. master服务器高并发，形成大量事务
2. 网络延迟
3. 主从硬件设备导致（cpu主频、内存io、硬盘io）
4. 是同步复制、而不是异步复制

2.MySQL主从复制延迟解决方法

1. 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。
2. 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。
3. 从库使用SSD磁盘
4. 网络优化，避免跨机房实现同步

3.验证主从复制效果

• 主服务器上进入执行 create database db_test;

• 去从服务器上查看 show databases;

五、搭建 MySQL读写分离

1.Amoeba服务器配置

##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。
cd /opt/
cp jdk-6u14-linux-x64.bin /usr/local/
cd /usr/local/
chmod +x jdk-6u14-linux-x64.bin
./jdk-6u14-linux-x64.bin
//按yes，按enter

mv jdk1.6.0_14/ /usr/local/jdk1.6

vim /etc/profile
export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.6
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib:$JAVA_HOME/jre/lib
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$JAVA_HOME/jre/bin:$PATH
export AMOEBA_HOME=/usr/local/amoeba
export PATH=$PATH:$AMOEBA_HOME/bin

source /etc/profile
java -version

2.安装 Amoeba软件

mkdir /usr/local/amoeba
tar zxvf amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz -C /usr/local/amoeba/
chmod -R 755 /usr/local/amoeba/
/usr/local/amoeba/bin/amoeba
//如显示amoeba start|stop说明安装成功

3.配置 Amoeba读写分离，两个 Slave 读负载均衡

#先在Master、Slave1、Slave2 的mysql上开放权限给 Amoeba 访问
grant all on *.* to amoeba@'192.168.30.%' identified by '123456';

#再回到amoeba服务器配置amoeba服务：
cd /usr/local/amoeba/conf/

cp amoeba.xml amoeba.xml.bak
vim amoeba.xml									#修改amoeba配置文件
30行----------------------------------------------------------------
<property name="user">amoeba</property>

32行----------------------------------------------------------------
<property name="password">123456</property>

115行-----------------------------------------------------------------
<property name="defaultPool">master</property>

117-去掉注释---------------------------------------------------------
<property name="writePool">master</property>
<property name="readPool">slaves</property>

cp dbServers.xml dbServers.xml.bak
vim dbServers.xml								#修改数据库配置文件
--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">amoeba</property>
--28-30--去掉注释
<property name="password">123456</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">192.168.30.50</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">192.168.10.30</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">192.168.80.12</property>
--65行--修改
<dbServer name="slaves" virtual="true">
--71行--修改
<property name="poolNames">slave1,slave2</property>


/usr/local/amoeba/bin/amoeba start&					#启动Amoeba软件，按ctrl+c 返回
netstat -anpt | grep java							#查看8066端口是否开启，默认端口为TCP 8066

4.测试读写分离

yum install -y mariadb-server mariadb
systemctl start mariadb.service

在客户端服务器上测试：
mysql -u amoeba -p123456 -h 192.168.30.20 -P8066		
//通过amoeba服务器代理访问mysql ，在通过客户端连接mysql后写入的数据只有主服务会记录，然后同步给从--从服务器

在主服务器上：
use ztm;
create table fxk001 (id int(10),name varchar(10),address varchar(20));

在两台从服务器上：
stop slave;											#关闭同步
use ztm;
//在slave1上：
insert into fxk001 values('1','zhangsan','this_is_slave1');

//在slave2上：
insert into fxk001 values('2','lisi','this_is_slave2');

//在主服务器上：
insert into fxk001 values('3','wangwu','this_is_master');

//在客户端服务器上：
use ztm;
select * from fxk001;		//客户端会分别向slave1和slave2读取数据，显示的只有在两个从服务器上添加的数据，没有在主服务器上添加的数据

insert into fxk001 values('4','qianqi','this_is_client');		//只有主服务器上有此数据

//在两个从服务器上执行 start slave; 即可实现同步在主服务器上添加的数据
start slave;