MySQL的GTID（Global Transaction ID）：在异构复制（Heterogeneous Replication）与无损故障切换（Failover）中的高级应用

MySQL GTID：异构复制与无损故障切换的高级应用

大家好，今天我们来深入探讨 MySQL GTID（Global Transaction ID）在异构复制和无损故障切换中的高级应用。GTID 是 MySQL 5.6 版本引入的一项重要特性，它为数据库复制提供了更强大、更可靠、更易于管理的机制。

1. GTID 基础回顾

在深入高级应用之前，我们先回顾一下 GTID 的基本概念和优势。

• GTID 的定义： GTID 是一个全局唯一的事务标识符，它由 server_uuid 和事务序列号组成。server_uuid 是 MySQL 服务器的唯一标识，事务序列号是该服务器上事务的递增计数器。例如：3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100 表示 server_uuid 为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562 的服务器上第 1 到 100 个事务。

• GTID 的优势：

  • 简化复制配置： 传统复制需要指定二进制日志文件名和位置，而 GTID 复制只需要指定源服务器的 GTID 集即可。
  • 自动故障切换： 当主服务器发生故障时，可以自动将备库提升为主库，而无需手动查找新的复制起点。
  • 避免事务丢失： GTID 确保每个事务只会被复制一次，避免了事务丢失或重复执行的问题。
  • 支持多源复制： 一个从库可以从多个主库复制数据，实现更灵活的复制拓扑。

2. 异构复制中的 GTID

异构复制指的是在不同的数据库系统之间进行数据复制。例如，从 MySQL 复制到 MariaDB，或者从 MySQL 5.7 复制到 MySQL 8.0。虽然 GTID 是 MySQL 特性，但通过一些技术手段，我们也可以在异构环境中利用 GTID 的优势。

挑战：

• 版本兼容性： 不同版本的 MySQL 或 MariaDB 可能对 GTID 的实现细节有所差异。
• 数据类型差异： 不同数据库系统的数据类型可能存在差异，需要进行转换。
• 存储引擎差异： 不同的存储引擎（如 InnoDB、MyISAM）可能对事务处理和日志记录有不同的方式。

解决方案：

• 使用中间件： 可以使用中间件（如 Tungsten Replicator、GoldenGate）来实现异构复制。这些中间件通常支持 GTID，并提供数据类型转换和冲突解决等功能。

• 基于日志解析： 可以编写自定义脚本或程序来解析 MySQL 的二进制日志，提取 GTID 和事务数据，然后将其应用到目标数据库。这种方法需要深入了解 MySQL 的二进制日志格式和 GTID 的实现细节。

示例：基于 Canal 的异构复制

Canal 是阿里巴巴开源的一个基于 MySQL Binlog 的增量订阅、消费组件。它可以解析 MySQL 的二进制日志，并将数据以各种格式（如 JSON、Protobuf）发送给下游应用。我们可以利用 Canal 来实现从 MySQL 到其他数据库的异构复制。

步骤：

1. 配置 MySQL： 启用二进制日志和 GTID。

   -- 在 MySQL 服务器上执行
   SET GLOBAL log_bin = ON;
   SET GLOBAL binlog_format = ROW;
   SET GLOBAL gtid_mode = ON;
   SET GLOBAL enforce_gtid_consistency = ON;
   RESTART;

2. 部署 Canal： 下载 Canal 并进行配置。instance.properties 文件是 Canal 的主要配置文件，需要根据实际情况进行修改。

   # Canal instance 配置
   canal.instance.master.address=192.168.1.100:3306  # MySQL 主库地址
   canal.instance.dbUsername=canal  # MySQL 用户名
   canal.instance.dbPassword=canal  # MySQL 密码
   canal.instance.connectionCharset=UTF-8
   canal.instance.tsdb.enable=false
   canal.instance.gtidon=true  # 启用 GTID 模式
   # Filter table
   canal.instance.filter.regex=.*\..*   # 监听所有数据库和表

3. 编写 Canal 客户端： 编写 Canal 客户端程序，接收 Canal 发送的数据，并将其应用到目标数据库。可以使用 Java、Python 等编程语言来编写客户端程序。

   // Java 客户端示例
   public class CanalClientExample {
   
       public static void main(String[] args) throws Exception {
           // 创建 CanalConnector
           CanalConnector connector = CanalConnectors.newSingleConnector(new InetSocketAddress("192.168.1.100", 11111), "example", "canal", "canal");
   
           try {
               // 连接 Canal 服务器
               connector.connect();
               // 订阅所有数据库和表
               connector.subscribe(".*\..*");
   
               while (true) {
                   // 获取数据
                   Message message = connector.getWithoutAck(100); // 批量获取 100 条消息
                   long batchId = message.getId();
                   int size = message.getEntries().size();
   
                   if (batchId == -1 || size == 0) {
                       Thread.sleep(1000);
                       continue;
                   }
   
                   // 处理数据
                   printEntry(message.getEntries());
   
                   // 确认消费
                   connector.ack(batchId);
               }
           } finally {
               connector.disconnect();
           }
       }
   
       private static void printEntry(List<CanalEntry.Entry> entrys) {
           for (CanalEntry.Entry entry : entrys) {
               if (entry.getEntryType() == CanalEntry.EntryType.TRANSACTIONBEGIN || entry.getEntryType() == CanalEntry.EntryType.TRANSACTIONEND) {
                   continue;
               }
   
               CanalEntry.RowChange rowChange;
               try {
                   rowChange = CanalEntry.RowChange.parseFrom(entry.getStoreValue());
               } catch (Exception e) {
                   throw new RuntimeException("ERROR ## parser of eromanga-event has an error , data:" + entry.toString(), e);
               }
   
               CanalEntry.EventType eventType = rowChange.getEventType();
               System.out.println(String.format("================> binlog[%s:%s] , name[%s,%s] , eventType : %s",
                       entry.getHeader().getLogfileName(), entry.getHeader().getLogfileOffset(),
                       entry.getHeader().getSchemaName(), entry.getHeader().getTableName(),
                       eventType));
   
               for (CanalEntry.RowData rowData : rowChange.getRowDatasList()) {
                   if (eventType == CanalEntry.EventType.DELETE) {
                       printColumn(rowData.getBeforeColumnsList());
                   } else if (eventType == CanalEntry.EventType.INSERT) {
                       printColumn(rowData.getAfterColumnsList());
                   } else {
                       System.out.println("------- > before");
                       printColumn(rowData.getBeforeColumnsList());
                       System.out.println("------- > after");
                       printColumn(rowData.getAfterColumnsList());
                   }
               }
           }
       }
   
       private static void printColumn(List<CanalEntry.Column> columns) {
           for (CanalEntry.Column column : columns) {
               System.out.println(column.getName() + " : " + column.getValue() + "    update=" + column.getUpdated());
           }
       }
   }

4. 数据类型转换： 在 Canal 客户端程序中，需要根据目标数据库的数据类型，对从 MySQL 获取的数据进行转换。例如，将 MySQL 的 INT 类型转换为 PostgreSQL 的 INTEGER 类型。

3. 无损故障切换中的 GTID

无损故障切换指的是在主服务器发生故障时，能够自动将备库提升为主库，并且保证数据不丢失。GTID 为实现无损故障切换提供了强大的支持。

传统故障切换的挑战：

• 数据一致性： 确保备库拥有主库的所有数据，避免数据丢失。
• 复制延迟： 尽可能减少复制延迟，缩短故障切换的时间。
• 手动干预： 传统故障切换需要手动查找新的复制起点，容易出错。

GTID 的解决方案：

• 自动确定复制起点： GTID 复制会自动确定备库的复制起点，无需手动指定二进制日志文件名和位置。
• 避免事务丢失： GTID 确保每个事务只会被复制一次，避免了事务丢失或重复执行的问题。
• 简化故障切换流程： 可以使用自动化工具（如 MHA、Orchestrator）来实现自动故障切换，减少人工干预。

示例：基于 MHA 的无损故障切换

MHA（Master High Availability Manager）是一个开源的 MySQL 高可用性解决方案。它可以自动监控 MySQL 主库的状态，并在主库发生故障时自动将备库提升为主库。

步骤：

1. 配置 MySQL： 启用二进制日志和 GTID。

   -- 在 MySQL 服务器上执行
   SET GLOBAL log_bin = ON;
   SET GLOBAL binlog_format = ROW;
   SET GLOBAL gtid_mode = ON;
   SET GLOBAL enforce_gtid_consistency = ON;
   RESTART;

2. 安装 MHA： 在监控服务器上安装 MHA 管理器和节点工具。

   # 安装 MHA 管理器
   apt-get install mha4mysql-manager
   
   # 安装 MHA 节点工具
   apt-get install mha4mysql-node

3. 配置 MHA： 创建 MHA 配置文件（如 app1.cnf），指定 MySQL 主库和备库的信息。

   [server1]
   host=192.168.1.100
   user=mha
   password=mha
   candidate_master=1
   
   [server2]
   host=192.168.1.101
   user=mha
   password=mha
   candidate_master=1
   
   [server3]
   host=192.168.1.102
   user=mha
   password=mha

4. 启动 MHA： 启动 MHA 管理器，监控 MySQL 集群的状态。

   masterha_manager --conf=/etc/mha/app1.cnf

5. 模拟故障： 关闭 MySQL 主库，模拟主库发生故障。

   # 在 MySQL 主库上执行
   mysqladmin -u root -p shutdown

6. 观察 MHA 故障切换： MHA 会自动检测到主库故障，并将备库提升为主库，并自动修复复制关系。

MHA 的工作原理：

1. 监控： MHA 管理器会定期检查 MySQL 主库的状态。
2. 故障检测： 当 MHA 检测到主库发生故障时，会开始进行故障切换。
3. 选择新的主库： MHA 会根据配置选择一个备库作为新的主库。
4. 修复复制： MHA 会自动修复复制关系，确保新的主库拥有所有数据。
5. 通知： MHA 会通知客户端程序，更新数据库连接信息。

4. GTID 的配置与最佳实践

正确配置和使用 GTID 对于保证数据一致性和可靠性至关重要。以下是一些配置和最佳实践建议：

• 启用 GTID： 确保所有 MySQL 服务器都启用了 GTID。

  SET GLOBAL gtid_mode = ON;
  SET GLOBAL enforce_gtid_consistency = ON;

• 选择合适的 binlog 格式： 建议使用 ROW 格式的 binlog，以保证数据一致性。

  SET GLOBAL binlog_format = ROW;

• 避免混合使用 GTID 和传统复制： 尽量避免在同一个复制拓扑中混合使用 GTID 和传统复制，以避免潜在的问题。

• 监控 GTID 状态： 定期检查 GTID 的状态，确保复制正常运行。

  SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'gtid%';

• 备份 GTID 信息： 定期备份 mysql.gtid_executed 表，以防止 GTID 信息丢失。

  CREATE TABLE gtid_executed_backup LIKE mysql.gtid_executed;
  INSERT INTO gtid_executed_backup SELECT * FROM mysql.gtid_executed;

• GTID 集合管理： 理解和管理 GTID 集合，以便在需要时进行故障恢复和数据迁移。

  • gtid_executed: 已经执行的 GTID 集合
  • gtid_purged: 已经被清理的 GTID 集合

5. GTID 相关的常见问题

• GTID 丢失： 如果 GTID 信息丢失，可能会导致数据不一致。因此，需要定期备份 GTID 信息。

• GTID 重复： 如果 GTID 重复，可能会导致事务重复执行。因此，需要确保 GTID 的唯一性。

• GTID 冲突： 在多源复制环境中，可能会出现 GTID 冲突。需要采取相应的措施来解决冲突。

• GTID 性能： GTID 会增加一定的性能开销。需要根据实际情况进行优化。

表格：GTID 相关配置参数

参数名	作用	默认值	取值范围
gtid_mode	启用或禁用 GTID	OFF	OFF, ON, OFF_PERMISSIVE, ON_PERMISSIVE
enforce_gtid_consistency	强制 GTID 一致性	OFF	ON, OFF
binlog_format	二进制日志格式	STATEMENT	STATEMENT, ROW, MIXED
log_bin	启用或禁用二进制日志	OFF	ON, OFF
server_uuid	服务器唯一标识符	自动生成	UUID 格式
gtid_executed	存储已执行的 GTID 集合
gtid_purged	存储已被清理的 GTID 集合
binlog_gtid_simple_recovery	简化 GTID 恢复，仅适用于单线程复制	TRUE	TRUE, FALSE

代码示例：查看 GTID 相关状态

-- 查看 GTID 模式
SHOW GLOBAL VARIABLES LIKE 'gtid_mode';

-- 查看 GTID 一致性
SHOW GLOBAL VARIABLES LIKE 'enforce_gtid_consistency';

-- 查看 GTID 已执行的集合
SELECT @@global.gtid_executed;

-- 查看 GTID 相关的状态
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'gtid%';

6. 总结：拥抱 GTID，提升数据库高可用性

GTID 是 MySQL 复制的重要特性，它可以简化复制配置，提高数据一致性，并为无损故障切换提供强大的支持。通过合理配置和使用 GTID，我们可以构建更可靠、更易于管理的 MySQL 集群。希望今天的分享能帮助大家更好地理解和应用 GTID，提升数据库的高可用性。