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MySQL高级讲座篇之：MySQL与`Paxos`协议：`Group Replication`的分布式一致性实现。

MySQL高级讲座：Paxos与Group Replication – 分布式一致性实战

各位靓仔靓女，大家好！我是老码农，今天咱们来聊点硬核的，但保证不枯燥，都是干货！今天的主题是MySQL的Group Replication，这玩意儿可不是简单的主从复制，它背后隐藏着分布式一致性的秘密武器——Paxos协议！

一、分布式一致性：为啥这么重要？

先来扯扯淡，说说为啥需要分布式一致性。想象一下，你开了一家银行，只有一个数据库服务器，突然有一天，服务器炸了！客户的钱全没了！怎么办？

所以，我们需要搞一套分布式的系统，多台服务器一起干活，一台挂了，其他服务器还能顶上。但是，问题来了，多台服务器之间，数据怎么保持一致呢？比如，用户A往账户里存了100块，第一台服务器记录了，第二台服务器没记录，这钱算谁的？

这就是分布式一致性要解决的问题：确保在多个节点组成的系统中，数据能保持一致，即使有节点挂了，也能保证数据的正确性。

二、Paxos协议：分布式一致性的基石

Paxos协议，听起来很玄乎，其实也没那么难。它是一种解决分布式一致性问题的算法。简单来说，Paxos协议就像一个民主投票的过程，多个节点（服务器）对某个提案（数据变更）进行投票，只有超过半数节点同意，这个提案才能被接受。

Paxos协议包含三个角色：

  • Proposer（提案者）： 提出提案（数据变更）的节点。
  • Acceptor（接受者）： 接收提案并进行投票的节点。
  • Learner（学习者）： 学习最终被接受的提案的节点。

Paxos协议的流程大致如下：

  1. Prepare阶段： Proposer向Acceptor发送Prepare请求，请求Acceptor承诺不再接受编号小于当前请求编号的提案。
  2. Accept阶段： 如果Acceptor收到Prepare请求，并且当前未承诺过其他编号更高的提案，则回复Proposer，承诺不再接受编号小于当前请求编号的提案，并告知Proposer自己已经接受过的最高编号的提案。Proposer收到超过半数Acceptor的回复后，向Acceptor发送Accept请求，请求Acceptor接受自己提出的提案。如果Acceptor收到Accept请求，并且没有承诺过其他编号更高的提案，则接受该提案。
  3. Learn阶段： Acceptor将接受的提案告知Learner，Learner学习最终被接受的提案。

简化版Paxos流程图：

[Proposer] --> (Prepare Request) --> [Acceptor]
[Proposer] <-- (Prepare Response) <-- [Acceptor] (>= half)
[Proposer] --> (Accept Request) --> [Acceptor]
[Proposer] <-- (Accept Response) <-- [Acceptor] (>= half)
[Acceptor] --> (Learner)

Paxos协议的优点：

  • 安全性： 只要超过半数节点正常工作，就能保证数据的一致性。
  • 活性： 在网络条件良好的情况下，最终能够达成一致。

Paxos协议的缺点：

  • 复杂性： 协议本身比较复杂，实现起来难度较大。
  • 性能： 需要多轮通信，性能相对较低。

三、Group Replication：MySQL的分布式解决方案

Group Replication是MySQL官方提供的分布式复制解决方案，它基于Paxos协议的变种——Multi-Paxos来实现分布式一致性。

Multi-Paxos：

Multi-Paxos是对Paxos协议的优化，它允许为每个提案选择不同的Proposer，从而避免了单个Proposer成为性能瓶颈。

Group Replication架构：

Group Replication由多个MySQL实例组成一个组，每个实例都作为Acceptor和Learner，其中一个实例被选为Primary，负责处理客户端的写请求。

Group Replication的工作流程：

  1. 写请求： 客户端将写请求发送到Primary节点。
  2. 提案： Primary节点将写请求封装成提案，并向所有节点（包括自身）发送。
  3. 投票： 每个节点收到提案后，进行投票，如果超过半数节点同意，则该提案被接受。
  4. 应用： 所有节点将接受的提案应用到本地数据库。
  5. 确认： Primary节点向客户端发送确认。

Group Replication架构图：

[Client] --> [Primary] --> [Secondary 1]
                 |          ^
                 |          |
                 +---------> [Secondary 2]

Group Replication的优点：

  • 高可用性： 只要超过半数节点正常工作，就能保证服务的可用性。
  • 数据一致性： 基于Paxos协议，保证数据的一致性。
  • 自动故障切换： 当Primary节点挂了，会自动选举新的Primary节点。
  • 易于使用： MySQL官方提供，配置简单，易于管理。

Group Replication的缺点：

  • 性能： 写请求需要经过多轮通信，性能相对较低。
  • 网络延迟敏感： 对网络延迟要求较高。
  • 脑裂问题： 在极端情况下，可能会出现脑裂问题（多个Primary节点同时存在）。

四、Group Replication实战：代码演示

接下来，咱们来用代码演示一下如何搭建一个简单的Group Replication集群。

环境准备：

  • 三台MySQL服务器（版本要求：MySQL 5.7.17及以上）。
  • 每台服务器上配置相同的group_replication_group_name。
  • 每台服务器上配置不同的server_id。

配置步骤：

  1. 修改MySQL配置文件（my.cnf）：
[mysqld]
server-id=1 # 每台服务器的server_id必须不同
log_bin=binlog # 启用二进制日志
log_slave_updates=ON # 允许从服务器更新二进制日志
gtid_mode=ON # 启用GTID
enforce_gtid_consistency=ON # 强制GTID一致性
binlog_checksum=NONE # 关闭二进制日志校验和
binlog_format=ROW # 设置二进制日志格式为ROW
transaction_write_set_extraction=XXHASH64 # 启用事务写集提取
group_replication_group_name="aaaaaaaa-bbbb-cccc-dddd-eeeeeeeeeeee" # 组名，所有服务器必须相同
group_replication_local_address="192.168.1.101:33061" # 本机地址
group_replication_group_seeds="192.168.1.101:33061,192.168.1.102:33061,192.168.1.103:33061" # 种子节点
group_replication_bootstrap_group=OFF # 是否是引导节点，只有第一个节点需要设置为ON

注意：

  • server-id必须是唯一的。
  • group_replication_group_name必须在所有服务器上相同。
  • group_replication_local_address和group_replication_group_seeds需要根据实际情况进行修改。

  1. 启动MySQL服务器。

  2. 配置第一个节点（引导节点）：

-- 登录MySQL
mysql -u root -p

-- 设置密码
ALTER USER 'root'@'%' IDENTIFIED BY 'your_password';

-- 刷新权限
FLUSH PRIVILEGES;

-- 允许远程连接
GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'root'@'%' WITH GRANT OPTION;

-- 刷新权限
FLUSH PRIVILEGES;

-- 设置group_replication_bootstrap_group为ON
SET GLOBAL group_replication_bootstrap_group=ON;

-- 启动Group Replication
START GROUP REPLICATION;

-- 等待Group Replication启动完成
SELECT * FROM performance_schema.replication_group_members;

-- 停止Group Replication
STOP GROUP REPLICATION;

-- 设置group_replication_bootstrap_group为OFF
SET GLOBAL group_replication_bootstrap_group=OFF;
  1. 配置其他节点：
-- 登录MySQL
mysql -u root -p

-- 设置密码
ALTER USER 'root'@'%' IDENTIFIED BY 'your_password';

-- 刷新权限
FLUSH PRIVILEGES;

-- 允许远程连接
GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'root'@'%' WITH GRANT OPTION;

-- 刷新权限
FLUSH PRIVILEGES;

-- 启动Group Replication
START GROUP REPLICATION;

-- 等待Group Replication启动完成
SELECT * FROM performance_schema.replication_group_members;

验证Group Replication：

在任何一个节点上创建一张表，然后查看其他节点是否也同步了这张表。

-- 在Primary节点上创建一张表
CREATE TABLE test (id INT PRIMARY KEY);

-- 在其他节点上查看是否同步了这张表
SHOW TABLES;

代码解释：

  • SET GLOBAL group_replication_bootstrap_group=ON;：这个命令只在第一个节点上执行，用于引导Group Replication集群。
  • START GROUP REPLICATION;：启动Group Replication。
  • SELECT * FROM performance_schema.replication_group_members;：查看Group Replication集群成员的状态。
  • STOP GROUP REPLICATION;：停止Group Replication。
  • SET GLOBAL group_replication_bootstrap_group=OFF;：在第一个节点上停止Group Replication后，需要将group_replication_bootstrap_group设置为OFF。

五、Group Replication的注意事项

  • 网络延迟： Group Replication对网络延迟比较敏感，建议在局域网内使用。
  • 数据一致性： Group Replication能保证最终一致性，但不能保证强一致性。
  • 脑裂问题： 在极端情况下，可能会出现脑裂问题，需要谨慎处理。
  • 性能： Group Replication的写性能相对较低，需要根据实际情况进行优化。
  • 监控： 需要对Group Replication集群进行监控，及时发现和处理问题。

六、总结

今天咱们聊了聊MySQL的Group Replication，它基于Paxos协议实现了分布式一致性，可以提供高可用性和数据一致性。虽然Group Replication有一些缺点，但它仍然是MySQL分布式解决方案的重要选择之一。

希望今天的讲座对大家有所帮助！记住，理解Paxos协议是理解Group Replication的关键！

课后作业：

  1. 搭建一个简单的Group Replication集群。
  2. 了解一下MySQL 8.0的Group Replication增强功能。
  3. 研究一下如何优化Group Replication的性能。

好了，今天的讲座就到这里，大家下课！

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