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PHP `MySQL` `Replication` (主从复制) 深度：异步、半同步与 GTID

各位观众，晚上好！我是今晚的主讲人，咱们今天来聊聊PHP开发中，MySQL主从复制那些事儿。别紧张，这玩意儿听起来高大上，其实也没那么玄乎。咱们用大白话，加上一些喜闻乐见的代码，保证你听完之后，也能在项目里玩转主从复制。

开场白：话说，为啥要有主从复制？

咱们先来唠唠嗑，设想一个场景：你运营着一个电商平台，每天都有大量的用户涌入，疯狂下单。数据库作为核心，压力山大啊！如果只有一个数据库服务器，万一它挂了，整个网站就瘫痪了，损失可就大了。

主从复制就像给数据库找了个“替身”，或者说“分身”。主数据库（Master）负责处理写操作，比如用户下单、修改商品信息等。从数据库（Slave）则从主数据库同步数据，主要负责读操作，比如用户浏览商品、查询订单信息等。

这样一来，就把读写压力分摊到不同的服务器上，提高了数据库的性能和可用性。即使主数据库挂了，从数据库也能顶上，保证网站还能继续运行。是不是很机智？

第一幕：异步复制 (Asynchronous Replication) – 随性的“老大哥”

最简单，也最常见的，就是异步复制。就像一个老大哥，告诉小弟们“我做了啥”，然后自己就去忙别的了，才不管小弟们有没有收到，有没有执行。

  • 原理： 主数据库执行完写操作后，立即返回给客户端，然后异步地将数据变更（以二进制日志的形式）发送给从数据库。从数据库接收到二进制日志后，再执行这些变更。

  • 优点： 性能高，对主数据库的影响最小。主数据库不用等待从数据库的响应。

  • 缺点： 数据一致性风险高。如果主数据库发生故障，而从数据库还没有完全同步主数据库的数据，那么就会发生数据丢失。

  • 代码示例（PHP）： 虽然PHP代码本身不直接控制MySQL复制，但我们可以通过PHP来监控复制状态。

    <?php
// 连接到主数据库
$master_mysqli = new mysqli('master_host', 'user', 'password', 'database');
if ($master_mysqli->connect_error) {
    die('Master connection failed: ' . $master_mysqli->connect_error);
}

// 连接到从数据库
$slave_mysqli = new mysqli('slave_host', 'user', 'password', 'database');
if ($slave_mysqli->connect_error) {
    die('Slave connection failed: ' . $slave_mysqli->connect_error);
}

// 获取主数据库的binlog位置
$master_status_result = $master_mysqli->query("SHOW MASTER STATUS");
$master_status = $master_status_result->fetch_assoc();
$master_file = $master_status['File'];
$master_position = $master_status['Position'];

// 获取从数据库的复制状态
$slave_status_result = $slave_mysqli->query("SHOW SLAVE STATUS");
$slave_status = $slave_status_result->fetch_assoc();
$slave_IO_Running = $slave_status['Slave_IO_Running'];
$slave_SQL_Running = $slave_status['Slave_SQL_Running'];
$slave_file = $slave_status['Relay_Master_Log_File'];
$slave_position = $slave_status['Exec_Master_Log_Pos'];

echo "Master Binlog File: " . $master_file . "n";
echo "Master Binlog Position: " . $master_position . "n";

echo "Slave IO Running: " . $slave_IO_Running . "n";
echo "Slave SQL Running: " . $slave_SQL_Running . "n";
echo "Slave Relay Log File: " . $slave_file . "n";
echo "Slave Executed Position: " . $slave_position . "n";

// 检查复制是否正常
if ($slave_IO_Running == 'Yes' && $slave_SQL_Running == 'Yes') {
    echo "Replication is running.n";
} else {
    echo "Replication is not running.n";
}

// 计算延迟 (粗略估计)
$delay = $master_position - $slave_position;
echo "Replication Delay (bytes): " . $delay . "n";

$master_mysqli->close();
$slave_mysqli->close();
?>

    这个例子展示了如何用PHP来获取主从服务器的复制状态。通过比较主从服务器的binlog位置，可以粗略估计复制的延迟。注意，这只是一个简单的监控示例，实际应用中需要更完善的监控和告警机制。

  • 适用场景： 对数据一致性要求不高，但对性能要求很高的场景。例如，日志服务器、备份服务器等。

第二幕：半同步复制 (Semi-Synchronous Replication) – 有点靠谱的“好基友”

为了解决异步复制的数据一致性问题，就有了半同步复制。这就像一对好基友，老大哥做完事，至少要等一个小弟确认收到，才算完事。

  • 原理： 主数据库执行完写操作后，必须等待至少一个从数据库接收到数据变更，并写入到 relay log 中，才返回给客户端。

  • 优点： 提高了数据一致性，在主数据库发生故障时，可以减少数据丢失的风险。

  • 缺点： 性能比异步复制略低，因为主数据库需要等待从数据库的响应。

  • 配置示例（MySQL）：

    首先，你需要安装半同步复制插件。

    -- 在主数据库上
INSTALL PLUGIN rpl_semi_sync_master SONAME 'rpl_semi_sync_master.so';
INSTALL PLUGIN rpl_semi_sync_slave SONAME 'rpl_semi_sync_slave.so';

-- 检查插件是否安装成功
SHOW PLUGINS;

-- 开启半同步复制
SET GLOBAL rpl_semi_sync_master_enabled = 1;
SET GLOBAL rpl_semi_sync_slave_enabled = 1;

-- 至少需要多少个从库确认才算成功
SET GLOBAL rpl_semi_sync_master_wait_for_slave_count = 1;

-- 提交后多少毫秒超时
SET GLOBAL rpl_semi_sync_master_timeout = 10;

-- 在从数据库上
INSTALL PLUGIN rpl_semi_sync_slave SONAME 'rpl_semi_sync_slave.so';

-- 开启半同步复制
SET GLOBAL rpl_semi_sync_slave_enabled = 1;

-- 配置主服务器信息，并启动复制
CHANGE MASTER TO
    MASTER_HOST='master_host',
    MASTER_USER='replication_user',
    MASTER_PASSWORD='password',
    MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001', -- 根据你的实际情况修改
    MASTER_LOG_POS=4;                -- 根据你的实际情况修改

START SLAVE;

    注意：MASTER_LOG_FILE 和 MASTER_LOG_POS 需要根据主数据库的 SHOW MASTER STATUS 命令的输出来设置。

  • PHP 代码示例（监控）： 和异步复制类似，只是监控的指标略有不同。

    <?php
// 连接到主数据库
$master_mysqli = new mysqli('master_host', 'user', 'password', 'database');
if ($master_mysqli->connect_error) {
    die('Master connection failed: ' . $master_mysqli->connect_error);
}

// 连接到从数据库
$slave_mysqli = new mysqli('slave_host', 'user', 'password', 'database');
if ($slave_mysqli->connect_error) {
    die('Slave connection failed: ' . $slave_mysqli->connect_error);
}

// 获取主数据库的半同步状态
$master_status_result = $master_mysqli->query("SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Rpl_semi_sync_%'");
$master_status = array();
while ($row = $master_status_result->fetch_assoc()) {
    $master_status[$row['Variable_name']] = $row['Value'];
}

// 获取从数据库的复制状态
$slave_status_result = $slave_mysqli->query("SHOW SLAVE STATUS");
$slave_status = $slave_status_result->fetch_assoc();
$slave_IO_Running = $slave_status['Slave_IO_Running'];
$slave_SQL_Running = $slave_status['Slave_SQL_Running'];
$slave_file = $slave_status['Relay_Master_Log_File'];
$slave_position = $slave_status['Exec_Master_Log_Pos'];

echo "Master Semi-Sync Status:n";
print_r($master_status);

echo "Slave IO Running: " . $slave_IO_Running . "n";
echo "Slave SQL Running: " . $slave_SQL_Running . "n";
echo "Slave Relay Log File: " . $slave_file . "n";
echo "Slave Executed Position: " . $slave_position . "n";

// 检查复制是否正常
if ($slave_IO_Running == 'Yes' && $slave_SQL_Running == 'Yes') {
    echo "Replication is running.n";
} else {
    echo "Replication is not running.n";
}

$master_mysqli->close();
$slave_mysqli->close();
?>

    这个例子展示了如何获取主数据库的半同步状态，例如 Rpl_semi_sync_master_clients (连接的从库数量) 和 Rpl_semi_sync_master_no_tx (没有等待从库确认的事务数量)。

  • 适用场景： 对数据一致性有一定要求，但又不能承受完全同步复制带来的性能损失的场景。例如，金融系统、电商平台的订单系统等。

第三幕：GTID (Global Transaction Identifier) – 复制界的“身份证”

前面两种复制方式，都需要手动指定主数据库的二进制日志文件和位置，这在主从切换或者增加从数据库的时候，很容易出错。GTID就像给每个事务分配了一个唯一的“身份证”，让复制更加简单可靠。

  • 原理： GTID是一个全局唯一的事务标识符，由服务器UUID和事务序列号组成。主数据库上的每个事务都会被分配一个GTID，然后从数据库通过GTID来跟踪复制进度，而不是依赖二进制日志文件和位置。

  • 优点：

    • 简化了主从切换和故障恢复。
    • 方便了增加从数据库。
    • 提高了复制的可靠性。

  • 配置示例（MySQL）：

    -- 在所有数据库服务器上
-- 开启 GTID
SET GLOBAL gtid_mode = ON;
SET GLOBAL enforce_gtid_consistency = ON;

-- 重启MySQL服务器

-- 查看GTID是否开启
SHOW GLOBAL VARIABLES LIKE '%gtid%';

-- 配置主服务器信息，并启动复制
CHANGE MASTER TO
    MASTER_HOST='master_host',
    MASTER_USER='replication_user',
    MASTER_PASSWORD='password',
    MASTER_AUTO_POSITION = 1;  -- 使用GTID自动定位

START SLAVE;

    关键在于 MASTER_AUTO_POSITION = 1，它告诉从数据库使用 GTID 自动定位复制位置，不再需要手动指定二进制日志文件和位置。

  • PHP 代码示例（监控）： 监控 GTID 复制状态。

    <?php
// 连接到主数据库
$master_mysqli = new mysqli('master_host', 'user', 'password', 'database');
if ($master_mysqli->connect_error) {
    die('Master connection failed: ' . $master_mysqli->connect_error);
}

// 连接到从数据库
$slave_mysqli = new mysqli('slave_host', 'user', 'password', 'database');
if ($slave_mysqli->connect_error) {
    die('Slave connection failed: ' . $slave_mysqli->connect_error);
}

// 获取主数据库的已提交GTID集合
$master_gtid_executed_result = $master_mysqli->query("SELECT @@global.gtid_executed");
$master_gtid_executed = $master_gtid_executed_result->fetch_row()[0];

// 获取从数据库的复制状态
$slave_status_result = $slave_mysqli->query("SHOW SLAVE STATUS");
$slave_status = $slave_status_result->fetch_assoc();
$slave_IO_Running = $slave_status['Slave_IO_Running'];
$slave_SQL_Running = $slave_status['Slave_SQL_Running'];
$slave_gtid_executed = $slave_status['Executed_Gtid_Set'];

echo "Master GTID Executed: " . $master_gtid_executed . "n";
echo "Slave IO Running: " . $slave_IO_Running . "n";
echo "Slave SQL Running: " . $slave_SQL_Running . "n";
echo "Slave GTID Executed: " . $slave_gtid_executed . "n";

// 检查复制是否正常
if ($slave_IO_Running == 'Yes' && $slave_SQL_Running == 'Yes') {
    echo "Replication is running.n";
} else {
    echo "Replication is not running.n";
}

// 可以比较 master_gtid_executed 和 slave_gtid_executed 来判断复制延迟

$master_mysqli->close();
$slave_mysqli->close();
?>

    这个例子展示了如何获取主从数据库的 GTID 执行集合，通过比较这两个集合，可以更精确地判断复制延迟。

  • 适用场景： 强烈推荐所有新的MySQL复制集群都使用GTID，尤其是需要频繁进行主从切换或者需要高可用性的场景。

总结：选择哪个“替身”？

说了这么多，到底该选择哪种复制方式呢？咱们来总结一下：

特性 异步复制 半同步复制 GTID复制
数据一致性 最低 较高 较高 (结合半同步复制可进一步提高)
性能 最高 较低 中等 (取决于是否结合半同步复制)
配置复杂度 最低 中等 较高 (但长期来看，简化了管理)
适用场景 日志备份 金融系统 强烈推荐所有新集群，尤其需要高可用性的场景

进阶：多源复制和 Group Replication

除了上面三种基本的复制方式，MySQL 还有一些更高级的复制技术，例如：

  • 多源复制 (Multi-Source Replication): 一个从数据库可以从多个主数据库同步数据，适用于数据聚合等场景。

  • Group Replication: 一种基于 Paxos 协议的分布式复制方案，提供更高的数据一致性和可用性，但配置和维护也更加复杂。

这些高级技术，咱们以后有机会再深入探讨。

结尾：复制不是银弹

最后，要强调一点，主从复制并不是解决所有问题的“银弹”。它只能提高数据库的读性能和可用性，并不能解决所有的数据一致性问题。在实际应用中，还需要结合其他的技术，例如缓存、分布式事务等，才能构建一个高性能、高可用的系统。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家有所收获，能够在自己的项目中灵活运用MySQL主从复制技术。谢谢大家！

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