MySQL主从复制与读写分离解析和图文详细步骤

Posted 2022-02-18 Shmily冰魄

前言

1. 在企业应用中，成熟的业务通常数据量都比较大
2. 单台mysql在安全性、高可用性和高并发方面都无法满足实际的需求
3. 配置多台主从数据库服务器以实现读写分离

   一、MySQL主从复制与读写分离

   1）主从分离和读写分离的相关概述

   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。

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2）为什么要读写分离

1. 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。
2. 但是数据库的“读”（读10000条数据可能只要5秒钟）。
3. 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）MySQL 读写分离原理

1. 读写分离就是只在主服务器上写，只在从服务器上读。
2. 基本的原理是让主数据库处理事务性查询，而从数据库处理 select 查询。
3. 数据库复制被用来把主数据库上事务性查询导致的变更同步到集群中的从数据库。
   

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5）MySQL支持的复制类型

1. 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。
2. 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。
3. 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。

6）主从复制的工作过程（主写从复制）（重点）

在每个事务更新数据完成之前，Master在二进制日志(Binary log) 记录这些改变。写入二进制日志完成后，Master通知存储引擎提交事务。
Slave 将Master复制到其中继日志(Relay log)。首先slave开始一个工作线程(I/O)，I/0线程在Master上打开一个普通的连接，然后开始Binlog dump process。Binlog dump process从Master的二进制日志中读取事件，如果已经跟上Master,它会睡眠并等待Master产生新的事件，I/O线程将这些事件写入中继日志（缓存中）。
SQL slave thread (SQL从线程) 处理该过程的最后一步，SQL线程从中继日志读取事件，并重放其中的事件而更新Slave数据，使其与Master 中的数据一致，只要该线程与I/O 线程保持一致，中继日志通常会位于OS（系统）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。
注意：

1. 中继日志通常会位于os 缓存中，所以中继日志的开销很小。

2. 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）MySOL主从复制延迟

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、本来就不是同步复制、而是异步复制
5、从库优化Mysql参数。比如增大innodb_buffer_pool_size，让更多操作在Mysgl内存中完成，减少磁盘操作。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。从库使用SSD磁盘网络优化，避免跨机房实现同步。

8）常见的 MySQL 读写分离分为两种

壹、 基于程序代码内部实现

1. 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。

2. 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。

3. 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。

贰、基于中间代理层实现

1. 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。

2. 由于使用MySQL Proxy需要写大量的Lua脚本，这些Lua脚本不是现成的，而需要自己编写，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。

3. 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用于数据库的代理层。

二、MySQL主从复制搭建过程和读写设置

1. 搭建 MySQL 主从复制

1）Mysql主从服务器时间同步

• Master服务器：192.168.110.135

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

yum -y install ntp

vim /etc/ntp.conf
##---------末尾添加---------
server 127.127.110.0          #设置本地是时钟源，注意修改网段
fudge 127.127.110.0 stratum 8 #设置时间层级为8（限制在15内）

service ntpd start

• Slave1服务器：192.168.110.136
• Slave2服务器：192.168.110.137

yum -y install ntp ntpdate

service ntpd start

/usr/sbin/ntpdate 192.168.110.135  #进行时间同步，指向Master服务器IP

crontab -e
*/30 * * * * /usr/sbin/ntpdate 192.168.110.135

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2）主服务器的mysql配置

• Master服务器：192.168.163.11

vim /etc/my.cnf
server-id = 1
log-bin=master-bin      #添加，主服务器开启二进制日志
binlog_format=MIXED     #添加，binlog日志格式，mysql默认采用
log-slave-updates=true  #添加，允许从服务器更新二进制日志

以下选择填入
expire_logs_days= 7     #binlog过期清理时间    
max_binlog_size = 100m  #binlog每个日志文件大小  
binlog_cache_size= 4m    #binlog缓存大小          max_binlog_cache_size= 512m   #最大binlog缓存大小                 

systemctl restart mysqld

mysql -u root -p
#给从服务器授权
grant replication slave on *.* to myslave@192.168.110.% identified by 123456;
flush privileges;

show master status;
#File 列显示日志名，Fosition 列显示偏移量

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3）从服务器的mysql配置

• Slave1服务器：192.168.163.12
• Slave2服务器：192.168.163.13

vim /etc/my.cnf
#修改，注意id与Master的不同，两个Slave的id也要不同
server-id = 2       server-id = 3
#添加，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=relay-log-bin
#添加，定义中继日志文件的位置和名称
relay-log-index=slave-relay-bin.index
relay_log_recovery = 1  #选配项
#当slave从库宕机后，假如relay-log 损坏了，导致-部分中继日志没有处理，则自动放弃所有未执行的relay-1og， 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_1og_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 -p
#配置同步，注意 master_log_file 和 master_log_pos 的值要与Master查询的一致，
change master to master_host=192.168.163.11 , master_user=myslave,master_password=123456,master_log_file=master-bin.000001,master_log_pos=604;

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

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4）验证主从复制效果

• 主服务器上进入执行 create database test;

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2. 搭建 MySQL 读写分离

Amoeba服务器配置 ： Amoeba服务器：192.168.163.10

1）安装 Java 环境

1. 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。
2. 将jdk-6u14-linux-x64.bin 和 amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz.0 上传到/opt目录下。

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
按空格到最后一行
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=$CLASSPATH:$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

source /etc/profile
java -version

2）安装 Amoeba软件

mkdir /usr/local/amoeba
tar zxvf /opt/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）在主从服务器的mysql上授权

Master服务器：192.168.163.11
Slave1服务器：192.168.163.12
Slave2服务器：192.168.163.13

• 先在Master、Slave1、Slave2 的mysql上开放权限给 Amoeba 访问

grant all on *.* to test@192.168.163.% identified by 123456;

4）配置 Amoeba读写分离，两个 Slave 读负载均衡

Amoeba服务器：192.168.163.10

①修改amoeba配置文件

cd /usr/local/amoeba/conf/

cp amoeba.xml amoeba.xml.bak
vim amoeba.xml           #修改amoeba配置文件
#---------30修改------------------------------
<property name="user">amoeba</property>
#---------32修改------------------------------
<property name="password">123456</property>
#---------115修改-----------------------------
<property name="defaultPool">master</property>
#---------117去掉注释–------------------------
<property name="writePool">master</property>
<property name="readPool">slaves</property>

②修改数据库配置文件

cp dbServers.xml dbServers.xml.bak

vim dbServers.xml
#---------23注释掉--------------------------------------
作用：默认进入test库 以防mysql中没有test库时，会报错
<!-- mysql schema
<property name="schema">test</property>
-->
#---------26修改-----------------------------------------
<!-- mysql user -->
<property name="user">test</property>
#---------28-30去掉注释----------------------------------
<property name="password">abc123</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">192.168.163.11</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">192.168.163.12</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">192.168.163.13</property>
#---------修改后的65或66修改-------------------------------------
<dbServer name="slaves" virtual="true">
#---------71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

5）测试读写分离

客户端：192.168.163.14。在客户端服务器上进行测试：

• 使用yum快速安装MySQL虚拟客户端

yum install -y mysql mysql-server

mysql -u amoeba -p123456 -h 192.168.163.10 -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，然后同步给从服务器
  在主服务器上

use test;
create table test (id int(10),name varchar(10),address varchar(20));

• 两台从服务器上

stop slave;         #关闭同步
use test;

• 在slave1上

• 在slave2上

insert into test values(1,slave1,this_is_slave1);

insert into test values(2,slave2,this_is_slave2);

• 在主服务器上

insert into test values(3,master,this_is_master);

• 在客户端服务器上

use test;
select * from test;     //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 test values(4,client,this_is_client);     //只有主服务器上有此数据

• 再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;

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MySQL主从复制的几个同步模式:

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。

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。

半同步复制(Semi synchronous 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relaylog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。

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总结

1、主从同步原理

1. 通过amoeba代理服务器，实现只在主服务器上写，只在从服务上读；
2. 主数据库处理事务性查询，从数据库处理 select 查询；
3. 数据库复制被用来把事务性查询导致的变更同步到集群中的从数据库

2、如何查看主从同步状态是否成功

1. 在从服务器内输入命令 show slave status\\G，查看主从信息进行查看，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
2. 当 slave_io_running 和 slave_sql_running 都显示为yes时，表示主从同步状态成功

3、如果I/O和SQL不是yes呢,你是如何排查的

1. 首先排除网络问题，使用ping命令查看从服务是否能与主服务器通信
2. 再者查看防火墙和核心防护是否关闭
3. 接着查看从服务器内的slave是否开启
4. 两个从服务器的 server-id 是否相同导致只能连上一台
5. master_log_file 和 master_log_pos 的值要是否与Master查询的一致

4、show slave status能看到哪些信息(比较重要的)

1. IO线程的状态信息
2. master服务器的IP地址、端口、事务开始位置
3. 最近一次的报错信息和报错位置等

5、主从复制慢(延迟)有哪些可能

1. 主服务器的负载过大，被多个睡眠或者僵尸线程占用，导致系统负载过大
2. 从库硬件比主库差，导致复制延迟
3. 主从复制单线程，如果主库写并发太大，来不及传送到从库，就会导致延迟。
4. 慢SQL语句过多
5. 网络延迟