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

MySQL GTID：在异构复制与无损故障切换中的高级应用

各位朋友，大家好！今天我们来深入探讨MySQL GTID（Global Transaction Identifier）在异构复制和无损故障切换中的高级应用。GTID作为MySQL复制中的重要概念，极大地简化了复制拓扑的管理，提高了系统的可靠性和可维护性。 本次讲座将从GTID的基础概念入手，逐步深入到异构复制和无损故障切换的实践应用，并结合具体的代码示例，帮助大家更好地理解和掌握GTID的精髓。

1. GTID 基础概念回顾

GTID是MySQL 5.6版本引入的全局事务标识符，用于唯一标识一个事务。它由server_uuid和transaction_id两部分组成，格式为：server_uuid:transaction_id。

• server_uuid: MySQL实例的唯一标识符，在MySQL服务器启动时生成，保存在auto.cnf文件中。
• transaction_id: 在该MySQL实例上提交的事务的序列号，从1开始递增。

GTID的优势：

• 简化复制配置： 不再需要手动指定binlog file和binlog position，slave可以自动找到正确的复制起点。
• 提高复制可靠性： 避免由于主备服务器binlog文件名或位置不一致导致复制中断。
• 方便故障切换： 更容易选择新的主服务器，并让所有slave从新的主服务器同步数据。

GTID相关的重要变量：

变量名	作用
gtid_mode	控制GTID的启用和强制执行。可选值：OFF, ON, ON_PERMISSIVE, OFF_PERMISSIVE。ON表示启用GTID且强制执行所有事务都必须有GTID。
enforce_gtid_consistency	确保GTID的一致性。设置为ON时，禁止执行可能导致GTID不一致的操作，例如在没有启用GTID的情况下创建临时表，或者执行未记录到binlog的语句。
log_slave_updates	在slave服务器上启用binlog。在GTID复制中，强烈建议启用此选项，以便slave也可以作为其他slave的主服务器。
gtid_executed	记录了当前服务器已经执行过的所有GTID。
gtid_purged	记录了已经从binlog中移除的GTID。
binlog_gtid_simple_recovery	控制binlog的GTID恢复方式。

2. GTID 在异构复制中的应用

异构复制指的是在不同类型的数据库之间进行数据复制，例如从MySQL复制到MariaDB，或者从MySQL复制到其他数据库。GTID在异构复制中扮演着至关重要的角色，因为它提供了一种跨数据库平台唯一标识事务的方式。

挑战：

• 不同数据库的binlog格式可能不同： MySQL和MariaDB的binlog格式可能略有差异，这会影响复制的兼容性。
• 不同数据库的版本特性可能不同： 不同版本的MySQL和MariaDB支持的特性有所不同，这会影响复制的正确性。
• 数据类型差异： 不同数据库的数据类型可能存在差异，需要在复制过程中进行转换。

解决方案：

• 使用中间件进行数据转换： 例如，可以使用Debezium、Maxwell等工具，将MySQL的binlog转换成通用的数据格式，例如JSON，然后再将JSON数据应用到目标数据库。
• 编写自定义的复制程序： 可以编写自定义的程序，读取MySQL的binlog，然后根据目标数据库的特性，将数据转换并应用到目标数据库。
• 使用GTID过滤： 可以使用GTID来过滤需要复制的事务，例如，只复制特定数据库或表的事务。

代码示例（使用Debezium进行异构复制）：

1. 配置 MySQL：

   -- 启用 binlog
   SET GLOBAL log_bin = ON;
   
   -- 设置 binlog format 为 ROW
   SET GLOBAL binlog_format = ROW;
   
   -- 设置 server_id
   SET GLOBAL server_id = 1;
   
   -- 启用 GTID
   SET GLOBAL gtid_mode = ON;
   SET GLOBAL enforce_gtid_consistency = ON;
   
   -- 确保 slave 更新也会写入 binlog (如果 MySQL 实例也作为 slave)
   SET GLOBAL log_slave_updates = ON;

2. 配置 Debezium Connector for MySQL：

   创建一个 Debezium Connector 配置，指定 MySQL 的连接信息和需要捕获的数据库和表。

   {
     "name": "mysql-connector",
     "config": {
       "connector.class": "io.debezium.connector.mysql.MySqlConnector",
       "tasks.max": "1",
       "database.hostname": "mysql_host",
       "database.port": "3306",
       "database.user": "debezium",
       "database.password": "debezium_password",
       "database.server.id": "85744",
       "database.server.name": "mysql_server",
       "database.include.list": "your_database_name",
       "table.include.list": "your_database_name.your_table_name",
       "database.history.kafka.bootstrap.servers": "kafka_broker:9092",
       "database.history.kafka.topic": "schema-changes.your_database_name",
       "include.schema.changes": "true",
       "gtid.source.includes": "036f479c-1234-11ea-ac8a-0242ac120002:1-100"  //使用GTID过滤
     }
   }

   说明：

   • gtid.source.includes: 指定需要复制的GTID范围。 036f479c-1234-11ea-ac8a-0242ac120002 是MySQL实例的server_uuid，1-100是transaction_id的范围。 只有在这个范围内的事务才会被Debezium捕获并发送到Kafka。
   • 如果需要复制所有GTID，可以省略gtid.source.includes配置。
   • include.schema.changes: 设置为true，则Debezium会捕获数据库schema的变更，并将其发送到Kafka。这对于目标数据库自动创建表结构非常有用。

3. 配置 Kafka Connect：

   将 Debezium Connector 部署到 Kafka Connect 集群中。

4. 编写 Kafka Consumer：

   编写一个 Kafka Consumer，从 Kafka Topic 中读取 Debezium 捕获的数据，然后将数据应用到目标数据库。

异构复制的注意事项：

• 数据类型映射： 需要仔细考虑不同数据库之间的数据类型映射关系，确保数据转换的正确性。
• 字符集： 需要确保源数据库和目标数据库使用相同的字符集，或者在复制过程中进行字符集转换。
• 事务一致性： 需要确保在异构复制过程中，事务的一致性得到保证。可以使用两阶段提交（2PC）等技术来实现事务的一致性。

3. GTID 在无损故障切换中的应用

无损故障切换指的是在主服务器发生故障时，能够快速地切换到备服务器，并且保证数据不丢失。GTID在无损故障切换中扮演着关键的角色，因为它允许备服务器自动找到正确的复制起点，从而避免数据丢失。

传统故障切换的挑战：

• 确定新的复制起点困难： 在传统复制中，需要手动确定新的备服务器的binlog file和binlog position，这容易出错。
• 数据一致性难以保证： 如果新的复制起点不正确，会导致数据丢失或者数据重复。
• 切换时间长： 手动确定复制起点并启动复制需要时间，这会影响系统的可用性。

GTID 故障切换的优势：

• 自动确定复制起点： 备服务器可以自动找到正确的复制起点，无需人工干预。
• 保证数据一致性： GTID可以确保备服务器复制所有未复制的事务，从而保证数据一致性。
• 切换时间短： 由于复制起点自动确定，切换时间大大缩短，提高了系统的可用性。

GTID 故障切换的流程：

1. 检测主服务器故障： 使用监控系统（例如Zabbix、Prometheus）检测主服务器是否发生故障。
2. 提升备服务器为主服务器： 将备服务器提升为主服务器。
3. 更新应用程序连接： 更新应用程序的数据库连接配置，指向新的主服务器。
4. 其他备服务器重新指向新的主服务器： 其他备服务器自动或手动地重新指向新的主服务器，开始从新的主服务器复制数据。

代码示例（使用MySQL Shell进行故障切换）：

MySQL Shell提供了方便的GTID故障切换功能。

1. 连接到备服务器：

   mysqlsh --uri root@secondary_host:3306

2. 执行故障切换：

   dba.failover();

   这个命令会自动检测当前实例是否可以提升为主节点，并进行相应的操作。 如果需要强制接管，可以使用force: true参数。

3. 连接到旧的主服务器（如果可以恢复）：

   mysqlsh --uri root@old_primary_host:3306

4. 将其配置为新的备服务器：

   dba.rejoinInstance('root@new_primary_host:3306');

   dba.rejoinInstance() 函数可以自动将旧的主服务器配置为新的备服务器，并开始从新的主服务器复制数据。 它利用GTID自动找到正确的复制起点。

无损故障切换的注意事项：

• 确保GTID一致性： 在所有服务器上启用enforce_gtid_consistency = ON，确保GTID的一致性。
• 启用log_slave_updates： 在所有备服务器上启用log_slave_updates = ON，以便备服务器也可以作为其他备服务器的主服务器。
• 监控复制延迟： 监控复制延迟，确保备服务器能够及时地同步主服务器的数据。
• 测试故障切换流程： 定期测试故障切换流程，确保在实际发生故障时能够快速地切换到备服务器。

4. GTID 复制拓扑的高级应用

除了基本的异构复制和无损故障切换，GTID还可以应用于更复杂的复制拓扑，例如：

• 多源复制： 一个备服务器可以从多个主服务器同步数据。
• 级联复制： 一个备服务器从另一个备服务器同步数据。
• 扇入/扇出复制： 一个主服务器将数据复制到多个备服务器，或者多个主服务器将数据复制到一个备服务器。

多源复制：

多源复制允许一个slave从多个master复制数据。 这在数据聚合、数据分片等场景中非常有用。 每个master都需要有唯一的server_uuid。

配置多源复制的步骤：

1. 配置多个master： 确保每个master都启用了GTID，并且拥有不同的server_uuid。

2. 配置slave：

   • 停止slave：STOP SLAVE;

   • 配置多个master的连接信息：

     CHANGE MASTER 'channel1' TO MASTER_HOST='master1_host', MASTER_USER='repl', MASTER_PASSWORD='password',  GET_MASTER_PUBLIC_KEY=1;
     CHANGE MASTER 'channel2' TO MASTER_HOST='master2_host', MASTER_USER='repl', MASTER_PASSWORD='password',  GET_MASTER_PUBLIC_KEY=1;

   • 启动slave：START SLAVE ALL CHANNELS;

级联复制：

级联复制可以减轻master的压力，提高复制的性能。 master将数据复制到第一层slave，然后第一层slave将数据复制到第二层slave，以此类推。

配置级联复制的步骤：

1. 配置master： 启用GTID和binlog。

2. 配置第一层slave： 启用GTID，binlog和log_slave_updates。 从master复制数据。

3. 配置第二层slave： 启用GTID。 从第一层slave复制数据。

扇入/扇出复制：

• 扇出复制： 一个master将数据复制到多个slave。 这是最常见的复制拓扑。
• 扇入复制： 多个master将数据复制到一个slave。 这种拓扑在数据聚合的场景中比较常见。 需要注意GTID冲突的问题。

GTID 复制拓扑的注意事项：

• 确保server_uuid唯一： 在所有MySQL实例中，server_uuid必须是唯一的。
• 监控复制延迟： 监控复制延迟，确保数据能够及时地同步到所有slave。
• 处理GTID冲突： 在扇入复制中，需要处理GTID冲突的问题。 可以使用GTID重写等技术来解决GTID冲突。

5. 案例分析：利用 GTID 实现跨数据中心容灾

假设我们有两个数据中心，分别位于北京和上海。 为了实现高可用性，我们需要将北京的数据实时同步到上海，以便在北京发生故障时，可以快速地切换到上海。

架构设计：

• 北京数据中心： 部署一个MySQL主服务器。
• 上海数据中心： 部署一个MySQL备服务器。
• 使用GTID进行数据同步。

配置步骤：

1. 配置北京MySQL主服务器：

   -- 启用 binlog
   SET GLOBAL log_bin = ON;
   
   -- 设置 binlog format 为 ROW
   SET GLOBAL binlog_format = ROW;
   
   -- 设置 server_id
   SET GLOBAL server_id = 1;
   
   -- 启用 GTID
   SET GLOBAL gtid_mode = ON;
   SET GLOBAL enforce_gtid_consistency = ON;

2. 配置上海MySQL备服务器：

   -- 启用 binlog
   SET GLOBAL log_bin = ON;
   
   -- 设置 binlog format 为 ROW
   SET GLOBAL binlog_format = ROW;
   
   -- 设置 server_id
   SET GLOBAL server_id = 2;
   
   -- 启用 GTID
   SET GLOBAL gtid_mode = ON;
   SET GLOBAL enforce_gtid_consistency = ON;
   
   -- 启用 log_slave_updates
   SET GLOBAL log_slave_updates = ON;

3. 配置复制：

   在上海备服务器上执行以下命令：

   CHANGE MASTER TO
     MASTER_HOST='beijing_mysql_host',
     MASTER_USER='repl',
     MASTER_PASSWORD='password',
     MASTER_AUTO_POSITION=1,
     GET_MASTER_PUBLIC_KEY=1;
   
   START SLAVE;

   说明：

   • MASTER_AUTO_POSITION=1: 启用GTID自动定位复制起点。

4. 测试故障切换：

   模拟北京数据中心发生故障，然后将上海备服务器提升为主服务器。

   -- 在上海备服务器上执行
   STOP SLAVE;
   RESET MASTER;  -- 将备服务器变成新的master

   更新应用程序的数据库连接配置，指向上海新的主服务器。

容灾方案的优势：

• 数据零丢失： 由于使用GTID进行数据同步，可以保证数据零丢失。
• 快速切换： 故障切换过程简单快速，可以最大限度地减少业务中断时间。
• 高可用性： 通过跨数据中心容灾，可以提高系统的可用性。

6. 使用GTID的注意事项

• 升级到GTID的风险: 从非GTID环境升级到GTID环境需要谨慎，需要仔细评估风险，并制定详细的升级方案。
• 监控GTID复制状态: 定期监控GTID复制状态，确保复制的健康运行。
• 正确配置GTID相关参数: 确保gtid_mode、enforce_gtid_consistency和log_slave_updates等参数配置正确。
• 备份和恢复策略: 制定完善的备份和恢复策略，以应对各种突发情况。

7. 一些关键点概括

通过本次讲座，我们深入了解了GTID在异构复制和无损故障切换中的应用。GTID简化了复制配置，提高了复制可靠性，方便了故障切换。 掌握GTID，对于构建高可用、可扩展的MySQL系统至关重要。 灵活运用GTID能够更好的进行数据复制和容灾处理。