Day891.一主多从的切换正确性 -MySQL实战

Posted 2023-03-04 阿昌喜欢吃黄桃

一主多从的切换正确性

Hi，我是阿昌，今天学习记录的是关于一主多从的切换正确性的内容。

在切换任务的时候，要先主动跳过这些错误，通过主动跳过一个事务或者直接设置跳过指定的错误，用GTID解决找同步位点的问题

大多数的互联网应用场景都是读多写少，因此负责的业务，在发展过程中很可能先会遇到读性能的问题。一主多从的查询逻辑正确性的方法。

如图 1 所示，就是一个基本的一主多从结构。

图中，虚线箭头表示的是主备关系，也就是 A 和 A’互为主备， 从库 B、C、D 指向的是主库 A。

一主多从的设置，一般用于读写分离，主库负责所有的写入和一部分读，其他的读请求则由从库分担。

在一主多从架构下，主库故障后的主备切换问题。

如图 2 所示，就是主库发生故障，主备切换后的结果。

相比于一主一备的切换流程，一主多从结构在切换完成后，A’会成为新的主库，从库 B、C、D 也要改接到 A’。

正是由于多了从库 B、C、D 重新指向的这个过程，所以主备切换的复杂性也相应增加了。

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一、基于位点的主备切换

切换系统会怎么完成一主多从的主备切换过程。

当把节点 B 设置成节点 A’的从库的时候，需要执行一条 change master 命令：

CHANGE MASTER TO 
MASTER_HOST=$host_name 
MASTER_PORT=$port 
MASTER_USER=$user_name 
MASTER_PASSWORD=$password 
MASTER_LOG_FILE=$master_log_name 
MASTER_LOG_POS=$master_log_pos  

这条命令有这么 6 个参数：

• MASTER_HOST、MASTER_PORT、MASTER_USER 和 MASTER_PASSWORD 四个参数，分别代表了主库 A’的 IP、端口、用户名和密码。
• 最后两个参数 MASTER_LOG_FILE 和 MASTER_LOG_POS 表示，要从主库的 master_log_name 文件的 master_log_pos 这个位置的日志继续同步。而这个位置就是所说的同步位点，也就是主库对应的文件名和日志偏移量。

节点 B 要设置成 A’的从库，就要执行 change master 命令，就不可避免地要设置位点的这两个参数，但是这两个参数到底应该怎么设置呢？

原来节点 B 是 A 的从库，本地记录的也是 A 的位点。但是相同的日志，A 的位点和 A’的位点是不同的。

因此，从库 B 要切换的时候，就需要先经过“找同步位点”这个逻辑。这个位点很难精确取到，只能取一个大概位置。为什么这么说呢？

分析一下看看这个位点一般是怎么获取到的，就清楚其中不精确的原因了。

考虑到切换过程中不能丢数据，所以我们找位点的时候，总是要找一个“稍微往前”的，然后再通过判断跳过那些在从库 B 上已经执行过的事务。

一种取同步位点的方法是这样的：

1. 等待新主库 A’把中转日志（relay log）全部同步完成；
2. 在 A’上执行 show master status 命令，得到当前 A’上最新的 File 和 Position；
3. 取原主库 A 故障的时刻 T；
4. 用 mysqlbinlog 工具解析 A’的 File，得到 T 时刻的位点。

mysqlbinlog File --stop-datetime=T --start-datetime=T

图中，end_log_pos 后面的值“123”，表示的就是 A’这个实例，在 T 时刻写入新的 binlog 的位置。

然后，可以把 123 这个值作为 $master_log_pos ，用在节点 B 的 change master 命令里。当然这个值并不精确。为什么呢？

可以设想有这么一种情况，假设在 T 这个时刻，主库 A 已经执行完成了一个 insert 语句插入了一行数据 R，并且已经将 binlog 传给了 A’和 B，然后在传完的瞬间主库 A 的主机就掉电了。

那么，这时候系统的状态是这样的：

1. 在从库 B 上，由于同步了 binlog， R 这一行已经存在；
2. 在新主库 A’上， R 这一行也已经存在，日志是写在 123 这个位置之后的；
3. 在从库 B 上执行 change master 命令，指向 A’的 File 文件的 123 位置，就会把插入 R 这一行数据的 binlog 又同步到从库 B 去执行。

这时候，从库 B 的同步线程就会报告 Duplicate entry ‘id_of_R’ for key ‘PRIMARY’ 错误，提示出现了主键冲突，然后停止同步。

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所以，通常情况下，在切换任务的时候，要先主动跳过这些错误，有两种常用的方法。

一种做法是，主动跳过一个事务。

跳过命令的写法是：

set global sql_slave_skip_counter=1;
start slave;

因为切换过程中，可能会不止重复执行一个事务，所以需要在从库 B 刚开始接到新主库 A’时，持续观察，每次碰到这些错误就停下来，执行一次跳过命令，直到不再出现停下来的情况，以此来跳过可能涉及的所有事务。

另外一种方式是，通过设置 slave_skip_errors 参数，直接设置跳过指定的错误。

在执行主备切换时，有这么两类错误，是经常会遇到的：

• 1062 错误是插入数据时唯一键冲突；
• 1032 错误是删除数据时找不到行。

因此，可以把 slave_skip_errors 设置为 “1032,1062”，这样中间碰到这两个错误时就直接跳过。

这里需要注意的是，这种直接跳过指定错误的方法，针对的是主备切换时，由于找不到精确的同步位点，所以只能采用这种方法来创建从库和新主库的主备关系。

这个背景是，很清楚在主备切换过程中，直接跳过 1032 和 1062 这两类错误是无损的，所以才可以这么设置 slave_skip_errors 参数。

等到主备间的同步关系建立完成，并稳定执行一段时间之后，还需要把这个参数设置为空，以免之后真的出现了主从数据不一致，也跳过了。

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二、GTID

通过 sql_slave_skip_counter 跳过事务和通过 slave_skip_errors 忽略错误的方法，虽然都最终可以建立从库 B 和新主库 A’的主备关系，但这两种操作都很复杂，而且容易出错。所以，MySQL 5.6 版本引入了 GTID，彻底解决了这个困难。

那么，GTID 到底是什么意思，又是如何解决找同步位点这个问题呢？

GTID 的全称是 Global Transaction Identifier，也就是全局事务 ID，是一个事务在提交的时候生成的，是这个事务的唯一标识。

它由两部分组成，格式是：

GTID=server_uuid:gno

其中：

• server_uuid 是一个实例第一次启动时自动生成的，是一个全局唯一的值；
• gno 是一个整数，初始值是 1，每次提交事务的时候分配给这个事务，并加 1。

在 MySQL 的官方文档里，GTID 格式是这么定义的：

GTID=source_id:transaction_id

这里的 source_id 就是 server_uuid；而后面的这个 transaction_id，觉得容易造成误导，所以改成了 gno。

为什么说使用 transaction_id 容易造成误解呢？因为，在 MySQL 里面说 transaction_id 就是指事务 id，事务 id 是在事务执行过程中分配的，如果这个事务回滚了，事务 id 也会递增，而 gno 是在事务提交的时候才会分配。

从效果上看，GTID 往往是连续的，因此用 gno 来表示更容易理解。

GTID 模式的启动也很简单，只需要在启动一个 MySQL 实例的时候，加上参数 gtid_mode=on 和 enforce_gtid_consistency=on 就可以了。

在 GTID 模式下，每个事务都会跟一个 GTID 一一对应。

这个 GTID 有两种生成方式，而使用哪种方式取决于 session 变量 gtid_next 的值。

1. 如果 gtid_next=automatic，代表使用默认值。这时，MySQL 就会把 server_uuid:gno 分配给这个事务。
   • a. 记录 binlog 的时候，先记录一行 SET @@SESSION.GTID_NEXT=‘server_uuid:gno’;
   • b. 把这个 GTID 加入本实例的 GTID 集合。
2. 如果 gtid_next 是一个指定的 GTID 的值，比如通过 set gtid_next='current_gtid’指定为 current_gtid，那么就有两种可能：
   • 如果 current_gtid 已经存在于实例的 GTID 集合中，接下来执行的这个事务会直接被系统忽略；
   • 如果 current_gtid 没有存在于实例的 GTID 集合中，就将这个 current_gtid 分配给接下来要执行的事务，也就是说系统不需要给这个事务生成新的 GTID，因此 gno 也不用加 1。注意，一个 current_gtid 只能给一个事务使用。

这个事务提交后，如果要执行下一个事务，就要执行 set 命令，把 gtid_next 设置成另外一个 gtid 或者 automatic。

这样，每个 MySQL 实例都维护了一个 GTID 集合，用来对应“这个实例执行过的所有事务”。

这样看上去不太容易理解，接下来就用一个简单的例子，来和说明 GTID 的基本用法。

在实例 X 中创建一个表 t。

CREATE TABLE `t` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `c` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;

insert into t values(1,1);

可以看到，事务的 BEGIN 之前有一条 SET @@SESSION.GTID_NEXT 命令。

这时，如果实例 X 有从库，那么将 CREATE TABLE 和 insert 语句的 binlog 同步过去执行的话，执行事务之前就会先执行这两个 SET 命令， 这样被加入从库的 GTID 集合的，就是图中的这两个 GTID。

假设，现在这个实例 X 是另外一个实例 Y 的从库，并且此时在实例 Y 上执行了下面这条插入语句：

insert into t values(1,1);

并且，这条语句在实例 Y 上的 GTID 是 “aaaaaaaa-cccc-dddd-eeee-ffffffffffff:10”。

那么，实例 X 作为 Y 的从库，就要同步这个事务过来执行，显然会出现主键冲突，导致实例 X 的同步线程停止。

这时，应该怎么处理呢？

处理方法就是，可以执行下面的这个语句序列：

set gtid_next='aaaaaaaa-cccc-dddd-eeee-ffffffffffff:10';
begin;
commit;
set gtid_next=automatic;
start slave;

其中，前三条语句的作用，是通过提交一个空事务，把这个 GTID 加到实例 X 的 GTID 集合中。

如图 5 所示，就是执行完这个空事务之后的 show master status 的结果。

可以看到实例 X 的 Executed_Gtid_set 里面，已经加入了这个 GTID。

这样，再执行 start slave 命令让同步线程执行起来的时候，虽然实例 X 上还是会继续执行实例 Y 传过来的事务，但是由于“aaaaaaaa-cccc-dddd-eeee-ffffffffffff:10”已经存在于实例 X 的 GTID 集合中了，所以实例 X 就会直接跳过这个事务，也就不会再出现主键冲突的错误。

在上面的这个语句序列中，start slave 命令之前还有一句 set gtid_next=automatic。

这句话的作用是“恢复 GTID 的默认分配行为”，也就是说如果之后有新的事务再执行，就还是按照原来的分配方式，继续分配 gno=3。

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三、基于 GTID 的主备切换

在 GTID 模式下，备库 B 要设置为新主库 A’的从库的语法如下：

CHANGE MASTER TO 
MASTER_HOST=$host_name 
MASTER_PORT=$port 
MASTER_USER=$user_name 
MASTER_PASSWORD=$password 
master_auto_position=1 

其中，master_auto_position=1 就表示这个主备关系使用的是 GTID 协议。

头疼不已的 MASTER_LOG_FILE 和 MASTER_LOG_POS 参数，已经不需要指定了。

把现在这个时刻，实例 A’的 GTID 集合记为 set_a，实例 B 的 GTID 集合记为 set_b。

在实例 B 上执行 start slave 命令，取 binlog 的逻辑是这样的：

1. 实例 B 指定主库 A’，基于主备协议建立连接。
2. 实例 B 把 set_b 发给主库 A’。
3. 实例 A’算出 set_a 与 set_b 的差集，也就是所有存在于 set_a，但是不存在于 set_b 的 GTID 的集合，判断 A’本地是否包含了这个差集需要的所有 binlog 事务。
   • a. 如果不包含，表示 A’已经把实例 B 需要的 binlog 给删掉了，直接返回错误；
   • b. 如果确认全部包含，A’从自己的 binlog 文件里面，找出第一个不在 set_b 的事务，发给 B；
4. 之后就从这个事务开始，往后读文件，按顺序取 binlog 发给 B 去执行。

其实，这个逻辑里面包含了一个设计思想：

在基于 GTID 的主备关系里，系统认为只要建立主备关系，就必须保证主库发给备库的日志是完整的。

因此，如果实例 B 需要的日志已经不存在，A’就拒绝把日志发给 B。这跟基于位点的主备协议不同。

基于位点的协议，是由备库决定的，备库指定哪个位点，主库就发哪个位点，不做日志的完整性判断。

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基于上面的介绍，再来看看引入 GTID 后，一主多从的切换场景下，主备切换是如何实现的。

由于不需要找位点了，所以从库 B、C、D 只需要分别执行 change master 命令指向实例 A’即可。

其实，严谨地说，主备切换不是不需要找位点了，而是找位点这个工作，在实例 A’内部就已经自动完成了。

但由于这个工作是自动的，所以对 HA 系统的开发人员来说，非常友好。

之后这个系统就由新主库 A’写入，主库 A’的自己生成的 binlog 中的 GTID 集合格式是：server_uuid_of_A’:1-M。

如果之前从库 B 的 GTID 集合格式是 server_uuid_of_A:1-N， 那么切换之后 GTID 集合的格式就变成了 server_uuid_of_A:1-N, server_uuid_of_A’:1-M。

当然，主库 A’之前也是 A 的备库，因此主库 A’和从库 B 的 GTID 集合是一样的。这就达到了预期。

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四、GTID 和在线 DDL

举个例子来理解 GTID。

MySQL 有哪些“饮鸩止渴”提高性能的方法？，提到业务高峰期的慢查询性能问题时，分析到如果是由于索引缺失引起的性能问题，可以通过在线加索引来解决。但是，考虑到要避免新增索引对主库性能造成的影响，可以先在备库加索引，然后再切换。

当时说，在双 M 结构下，备库执行的 DDL 语句也会传给主库，为了避免传回后对主库造成影响，要通过 set sql_log_bin=off 关掉 binlog。

这样操作的话，数据库里面是加了索引，但是 binlog 并没有记录下这一个更新，是不是会导致数据和日志不一致？

假设，这两个互为主备关系的库还是实例 X 和实例 Y，且当前主库是 X，并且都打开了 GTID 模式。

这时的主备切换流程可以变成下面这样：

• 在实例 X 上执行 stop slave。
• 在实例 Y 上执行 DDL 语句。注意，这里并不需要关闭 binlog。
• 执行完成后，查出这个 DDL 语句对应的 GTID，并记为 server_uuid_of_Y:gno。
• 到实例 X 上执行以下语句序列：

set GTID_NEXT="server_uuid_of_Y:gno";
begin;
commit;
set gtid_next=automatic;
start slave;

这样做的目的在于，既可以让实例 Y 的更新有 binlog 记录，同时也可以确保不会在实例 X 上执行这条更新。

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五、问题

在 GTID 模式下设置主从关系的时候，从库执行 start slave 命令后，主库发现需要的 binlog 已经被删除掉了，导致主备创建不成功。
这种情况下，你觉得可以怎么处理呢？

解决办法： 从库B在启动同步前需要设置 gtid_purged，指定GTID同步的起点，使用备份搭建从库时需要这样设置。 如果在从库上执行了单独的操作，导致主库上缺少GTID，那么可以在主库上模拟一个与从库B上GTID一样的空事务，这样主从同步就不会报错了。

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