阿里最新数据库面试题MySQL主从一致性

Posted 2021-06-25 JavaEdge.

为什么备库执行了binlog就可以跟主库保持一致？

mysql主备的基本原理

• 基本的主备切换流程
  

上部分状态：客户端的读写都直接访问A，B是A的备库，只是将A的更新都同步过来，到本地执行。这样可以保持B和A的数据相同。

当需要切换时，就切成下部分状态：客户端读写访问的都是B，A是B的备库。

上部分状态，虽然节点B没有被直接访问，但推荐把B（备库）设成只读（readonly），考虑如下：

• 有时候一些运营类的查询语句会被放到备库上去查，设置为只读可以防止误操作
• 防止切换逻辑有bug，比如切换过程中出现双写，造成主备不一致
• 可以用readonly状态，来判断节点的角色。

把备库设置成只读了，还能和主库保持同步更新吗？
用于同步更新的线程，拥有超级权限。 readonly设置对超级(super)权限用户无效。

A到B这条线的内部流程是什么样的？下图中画出的就是一个update语句在节点A执行，然后同步到节点B的完整流程图

• 主备流程图
  TODO

主库接收到客户端的更新请求后，执行内部事务的更新逻辑，同时写binlog。

备库B跟主库A之间维持了一个长连接。主库A内部有一个线程，专门用于服务备库B的这个长连接。一个事务日志同步的过程：

1. 在备库B通过change master命令，设置主库A的IP、端口、用户名、密码，以及要从哪个位置开始请求binlog，这个位置包含文件名和日志偏移量
2. 在备库B上执行start slave命令，这时备库会启动io_thread、sql_thread。io_thread负责与主库建立连接
3. 主库A校验完用户名、密码后，开始按照备库B传过来的位置，从本地读取binlog，发给B
4. 备库B拿到binlog后，写到本地文件，称为中转日志（relay log）
5. sql_thread读取中转日志，解析出日志里的命令，并执行

后来由于多线程复制方案的引入，sql_thread演化成为了多个线程。

binlog里到底是什么

为什么备库拿过去可以直接执行。

• 创建个表并初始化数据
  
  
  要在表中删除一行，这个delete语句的binlog是怎么记录的。

注意，下面这个语句包含注释，如果你用MySQL客户端来做这个实验的话，要记得加-c参数，否则客户端会自动去掉注释。

delete
from ttt -c /*comment*/
where a >= 4
  and t_modified <= '2018-11-10'
limit 1;

当binlog_format=statement时，binlog里面记录的就是SQL语句的原文。你可以用

• 查看binlog内容，上面是 ROW 格式，下面是 statement 格式。

mysql> show binlog events in 'binlog.000034';
+---------------+------+----------------+-----------+-------------+--------------------------------------------------------------------------------------------+
| Log_name      | Pos  | Event_type     | Server_id | End_log_pos | Info                                                                                       |
+---------------+------+----------------+-----------+-------------+--------------------------------------------------------------------------------------------+
| binlog.000034 |  786 | Anonymous_Gtid |         1 |         865 | SET @@SESSION.GTID_NEXT= 'ANONYMOUS'                                                       |
| binlog.000034 |  865 | Query          |         1 |         977 | BEGIN                                                                                      |
| binlog.000034 |  977 | Query          |         1 |        1151 | use `common_mistakes`; delete from ttt where a >= 4 and t_modified <= '2018-11-10' limit 1 |
| binlog.000034 | 1151 | Query          |         1 |        1264 | COMMIT                                                                                     |
+---------------+------+----------------+-----------+-------------+--------------------------------------------------------------------------------------------+
16 rows in set (0.00 sec)

• BEGIN和最后的COMMIT匹配，表示中间是个事务
• 第三行就是真实执行的语句。在真实执行的delete命令之前，还有一个use命令。这条命令是MySQL根据当前要操作的表所在的数据库而自行添加的。这么做，可以保证日志传到备库去执行时，不论当前工作线程在哪个库，都能够正确更新到common_mistakes库的ttt表。
• 后面的delete 语句，就是SQL原语句
• 最后一行是一个COMMIT写着xid。

当前binlog设置的是statement格式，并且语句中有limit，该命令可能是unsafe的。因为delete 带limit，可能出现主备数据不一致。比如上面这个例子：

• 若delete使用的是索引a，则会根据索引a找到第一个满足条件的行，即删除的是a=4这一行
• 但若使用的是索引t_modified，则删除的就是 t_modified='2018-11-09'，即a=5这行

由于statement格式下，记录到binlog里的是原语句，可能发生：在主库执行该SQL时，用的是索引a；而在备库执行该SQL时，却使用索引t_modified。因此，这样写是有风险的。

若把binlog改为ROW 格式，是不是就没这问题了？

• row格式binlog

mysql> show binlog events in 'binlog.000034';
+---------------+------+----------------+-----------+-------------+--------------------------------------------------------------------------------------------+
| Log_name      | Pos  | Event_type     | Server_id | End_log_pos | Info                                                                                       |
+---------------+------+----------------+-----------+-------------+--------------------------------------------------------------------------------------------+
| binlog.000034 |  156 | Anonymous_Gtid |         1 |         235 | SET @@SESSION.GTID_NEXT= 'ANONYMOUS'                                                       |
| binlog.000034 |  235 | Query          |         1 |         329 | BEGIN                                                                                      |
| binlog.000034 |  329 | Table_map      |         1 |         392 | table_id: 102 (common_mistakes.ttt)                                                        |
| binlog.000034 |  392 | Delete_rows    |         1 |         440 | table_id: 102 flags: STMT_END_F                                                            |
| binlog.000034 |  440 | Xid            |         1 |         471 | COMMIT /* xid=71 */

BEGIN和COMMIT是一样的。但row格式的binlog里没有原SQL语句，而两个event：

• Table_map event
  说明接下来要操作的表是test库的表t
• Delete_rows event
  定义删除的行为

其实还需要借助mysqlbinlog工具，用下面的命令解析和查看binlog内容。因为图5中的信息显示，这个事务的binlog是从8900这个位置开始的，所以可以用start-position参数来指定从这个位置的日志开始解析。

/usr/local/Cellar/mysql/8.0.21_1/bin/mysqlbinlog  
-vv /usr/local/var/mysql/binlog.000034 
--start-position=156;

row格式binlog 示例的详细信息

BEGIN
/*!*/;
# at 329
#210606 14:11:44 server id 1  end_log_pos 392 CRC32 0xe8d79800 	Table_map: `common_mistakes`.`ttt` mapped to number 102
# at 392
#210606 14:11:44 server id 1  end_log_pos 440 CRC32 0x8b3b43d1 	Delete_rows: table id 102 flags: STMT_END_F

BINLOG '
IGe8YBMBAAAAPwAAAIgBAAAAAGYAAAAAAAEAD2NvbW1vbl9taXN0YWtlcwADdHR0AAMDAxEBAAIB
AQAAmNfo
IGe8YCABAAAAMAAAALgBAAAAAGYAAAAAAAEAAgAD/wAEAAAABAAAAFvlrwDRQzuL
'/*!*/;
### DELETE FROM `common_mistakes`.`ttt`
### WHERE
###   @1=4 /* INT meta=0 nullable=0 is_null=0 */
###   @2=4 /* INT meta=0 nullable=1 is_null=0 */
###   @3=1541779200 /* TIMESTAMP(0) meta=0 nullable=0 is_null=0 */
# at 440
#210606 14:11:44 server id 1  end_log_pos 471 CRC32 0x8e0dab1d 	Xid = 71
COMMIT/*!*/;

• server id 1
  该事务在server_id=1的库上执行
• 每个event都有CRC32值，因为binlog_checksum是CRC32
  
• Table_map event
  显示了接下来要打开的表，map到数字226。现在我们这条SQL语句只操作了一张表，若操作多表呢？每个表都有一个对应的Table_map event、都会map到一个单独的数字，用于区分对不同表的操作。
• -vv参数是为了把内容都解析出来，所以从结果里面可以看到各个字段的值（比如，@1=4、 @2=4这些值）
• binlog_row_image
  
  默认配置是FULL，因此Delete_event里面，包含了删掉的行的所有字段的值。若把binlog_row_image设置为MINIMAL，则只会记录必要的信息。在该例，就只会记录id=4。
• Xid event
  表示事务被正确提交了。

可见，当binlog_format=row，binlog记录了真实删除行的主键id，这样binlog传到备库时，就肯定会删除id=4的行，不会有主备删除不同行的问题。

为何binlog有mixed格式？

因为有些statement格式的binlog可能会导致主备不一致，所以要使用row格式。
但row很占空间（不然怎么叫肉呢？）。比如你用一个delete语句删掉10万行：

• statement就是一个SQL语句被记录到binlog，占用几十个字节
• row就要把这10万条记录都写到binlog。不仅占用巨大空间，写binlog也要耗费I/O资源，影响执行速度。

所以，MySQL采取折中方案-mixed：MySQL自己会判断该SQL是否可能引起主备不一致：

• 有可能，用row
• 不可能，用statement

即mixed既可以利用statment格式的优点，又能避免数据不一致。

比如我们的例子，设为mixed后：

• 就会记录为row
• 若执行的语句没有limit 1，就记录为statement

现在越来越多的场景要求把MySQL的binlog格式设成row。这么做的理由有很多，比如恢复数据。

数据恢复的重要性

• 即使执行delete，row格式binlog也会保存被删掉的行的整行信息。所以，若你在执行完一条delete后，发现删错数据了，可以直接把binlog中记录的delete转insert，把错删数据插回。
• 若执行错insert呢？row下，insert的binlog里会记录所有字段信息，可以用来定位被插入的那行。再直接把insert转delete 即可。
• 若执行update，binlog会记录修改前整行的数据和修改后的整行数据。所以只需把这个event前后两行信息对调，在DB里执行

虽然mixed格式的binlog现在已经用得不多了，但这里还是要再借用一下mixed格式来说明一个问题，来看一下这条SQL语句：

insert into ttt values(10,10, now());

若binlog设为mixed，MySQL会把它记录为啥格式呢？

MySQL采用statement格式。若该binlog过了1min才传给备库，那主备数据不就不一致了？

再用mysqlbinlog查看：

binlog在记录event时，多记了一条命令：SET TIMESTAMP。它用 SET TIMESTAMP命令约定了接下来的now()函数的返回时间。

因此，无论该binlog多久后被备库执行或用于恢复该库的备份，该insert插入的行，值都固定。即通过SET TIMESTAMP，MySQL保证了主备数据一致性。

有人重放binlog时，是这么做的：

1. 用mysqlbinlog解析出日志
2. 然后把里面的statement语句直接拷贝出来执行

这样有风险。因为有些语句的执行结果依赖于上下文命令，直接执行很可能错误。

使用binlog恢复数据的正确做法：

1. 用 mysqlbinlog工具解析出来
2. 然后把解析结果整个发给MySQL执行。类似下面的命令：

mysqlbinlog master.000001  --start-position=2738 --stop-position=2973 | mysql -h127.0.0.1 -P13000 -u$user -p$pwd;

将 master.000001 文件里面从第2738字节到第2973字节中间这段内容解析出来，放到MySQL去执行。

循环复制问题

binlog确保了在备库执行相同的binlog，可以得到与主库相同的状态。

因此，可以认为正常情况下主备数据是一致的。即文章一开始的图中A、B两个节点的内容是一致的。不过那是M-S结构，实际生产上使用比较多的是双M结构：

• MySQL主备切换流程–双M结构
  

区别只是多了一条线，即：节点A和B之间总是互为主备关系。这样在切换的时候就不用再修改主备关系。

但是，双M结构还有一个问题需要解决：业务逻辑在节点A上更新了一条语句，然后再把生成的binlog 发给节点B，节点B执行完这条更新语句后也会生成binlog。（推荐把参数log_slave_updates设置为on，表示备库执行relay log后生成binlog）。

那么，若节点A同时是节点B的备库，相当于又把节点B新生成的binlog拿过来执行了一次，然后节点A和B间，会不断地循环执行这个更新语句，也就是循环复制了。这怎么解决？
我们已经知道，MySQL在binlog中记录了这个命令第一次执行时所在实例的server id。因此，可以用下面的逻辑解决两个节点间的循环复制的问题：

1. 规定两个库的server id必须不同，如果相同，则它们之间不能设定为主备关系
2. 一个备库接到binlog并在重放的过程中，生成与原binlog的server id相同的新的binlog
3. 每个库在收到从自己的主库发过来的日志后，先判断server id，如果跟自己的相同，表示这个日志是自己生成的，就直接丢弃这个日志

按照这个逻辑，如果我们设置了双M结构，日志的执行流就会变成这样：
4. 从节点A更新的事务，binlog里面记的都是A的server id
5. 传到节点B执行一次以后，节点B生成的binlog 的server id也是A的server id
6. 再传回给节点A，A判断到这个server id与自己的相同，就不会再处理这个日志。所以，死循环在这里就断掉了

binlog在MySQL高可用方案很重要，是所有MySQL高可用方案，诸如多节点、半同步、MySQL group replication等的基础。