发布于 由admin

MySQL高级讲座篇之：MySQL高可用架构的演进：从主从复制到`InnoDB`集群的变革。

各位老铁，早上好！今天咱们来聊聊MySQL高可用架构的那些事儿，保证让你们听完之后，腰不酸了，腿不疼了，连头发都变得浓密了！

开场白：数据库，你可不能掉链子啊！

话说，在互联网的世界里，数据就是金钱，数据库就是金库。金库要是出了问题，那可就不是小事儿了。想象一下，用户正在疯狂下单，结果你的数据库突然宕机了，那损失的可不仅仅是订单，还有用户的信任啊！所以，数据库的高可用性，那是重中之重，必须安排得明明白白的。

第一章：主从复制：单身狗的无奈与逆袭

最开始的时候，大家都是单身狗，哦不，是单机数据库。一台服务器扛起所有压力，一旦这台服务器嗝屁了，整个系统就瘫痪了。这肯定不行啊！于是，主从复制应运而生。

  • 啥是主从复制？

简单来说，就是把一台数据库（Master）的数据，复制到另一台或多台数据库（Slave）上。Master负责写操作，Slave负责读操作。这样，即使Master挂了，Slave也能顶上，保证系统还能提供读服务。

  • 主从复制的原理

主从复制主要依赖于MySQL的Binlog（二进制日志）。

1.  Master将所有的数据变更记录到Binlog中。
2.  Slave启动一个I/O线程，连接到Master，请求Master发送Binlog。
3.  Master启动一个Dump线程，将Binlog发送给Slave。
4.  Slave的I/O线程接收到Binlog后，将其写入到Relay Log（中继日志）中。
5.  Slave启动一个SQL线程，从Relay Log中读取Binlog事件，并在Slave上执行。

  • 主从复制的配置（简单示例）

    Master配置：

    # my.cnf
[mysqld]
server-id=1
log_bin=mysql-bin
binlog_format=ROW

    Slave配置：

    # my.cnf
[mysqld]
server-id=2
relay_log=mysql-relay-bin
log_slave_updates=ON # 允许Slave记录Binlog，用于级联复制

    在Master上创建用于复制的用户：

    CREATE USER 'repl'@'%' IDENTIFIED BY 'password';
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'repl'@'%';
FLUSH PRIVILEGES;

    在Slave上配置连接Master：

    STOP SLAVE;
CHANGE MASTER TO
    MASTER_HOST='master_ip',
    MASTER_USER='repl',
    MASTER_PASSWORD='password',
    MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001', # 根据实际情况修改
    MASTER_LOG_POS=4;                  # 根据实际情况修改
START SLAVE;

    检查Slave状态：

    SHOW SLAVE STATUSG

    如果Slave_IO_Running和Slave_SQL_Running都显示Yes，那就说明主从复制已经成功建立。

  • 主从复制的优缺点

    • 优点：
      • 简单易用，配置方便。
      • 可以实现读写分离，提高系统性能。
      • 可以作为备份方案，防止数据丢失。
    • 缺点：
      • 当Master宕机时，需要手动切换到Slave，存在一定的停机时间。
      • 数据一致性可能存在延迟，尤其是在网络环境不佳的情况下。
      • 写操作仍然只能在Master上进行，存在单点写入瓶颈。

  • 主从复制适用场景

    • 读多写少的应用场景。
    • 数据备份和容灾。
    • 分析型业务，可以在Slave上进行数据分析，减轻Master的压力。

第二章：半同步复制：从“尽力而为”到“保证到达”

主从复制虽然好，但是它是一种异步复制。这意味着Master提交事务后，不会等待Slave的确认，就直接返回给客户端了。如果Master在提交事务后立即宕机，而Slave还没有收到这个事务，就会导致数据丢失。为了解决这个问题，MySQL引入了半同步复制。

  • 啥是半同步复制？

半同步复制是介于异步复制和全同步复制之间的一种复制方式。Master提交事务后，需要至少一个Slave接收到该事务，Master才会返回给客户端。这样就可以保证数据至少存在两份，提高了数据的安全性。

  • 半同步复制的原理

    1. Master提交事务后，将Binlog发送给Slave。
    2. Slave接收到Binlog后，将事务写入到Relay Log，并向Master发送一个ACK确认。
    3. Master收到至少一个Slave的ACK后，才会返回给客户端。

  • 半同步复制的配置

    安装半同步复制插件：

    INSTALL PLUGIN rpl_semi_sync_master SONAME 'semisync_master.so';
INSTALL PLUGIN rpl_semi_sync_slave SONAME 'semisync_slave.so';

    Master配置：

    # my.cnf
[mysqld]
rpl_semi_sync_master_enabled=1
rpl_semi_sync_master_timeout=10 # 等待Slave ACK的超时时间，单位毫秒

    Slave配置：

    # my.cnf
[mysqld]
rpl_semi_sync_slave_enabled=1

    重启MySQL服务，并执行以下命令：

    SET GLOBAL rpl_semi_sync_master_enabled = 1;
SET GLOBAL rpl_semi_sync_slave_enabled = 1;

  • 半同步复制的优缺点

    • 优点：
      • 提高了数据的安全性，减少了数据丢失的风险。
    • 缺点：
      • 增加了事务的延迟，降低了性能。
      • 仍然需要手动切换，存在停机时间。

  • 半同步复制适用场景

    • 对数据安全性要求较高的应用场景。
    • 可以容忍一定的性能损失的应用场景。

第三章：MHA：自动故障转移的守护神

手动切换主从太麻烦了，万一值班的哥们睡着了，那可就惨了！为了解决这个问题，MHA（Master High Availability Manager）应运而生。

  • 啥是MHA？

MHA是一个开源的高可用解决方案，它可以自动监控MySQL集群的状态，并在Master宕机时，自动将一个Slave提升为Master，从而实现自动故障转移。

  • MHA的原理

MHA主要由两个组件组成：

*   **MHA Manager：** 负责监控MySQL集群的状态，并在Master宕机时，执行故障转移。
*   **MHA Node：** 部署在每台MySQL服务器上，负责收集MySQL的状态信息，并向MHA Manager汇报。

  • MHA的故障转移过程

    1. MHA Manager定期检查Master的状态。
    2. 如果Master宕机，MHA Manager会从Slave中选择一个作为新的Master。
    3. MHA Manager会通过Binlog差异比对，将新的Master的数据同步到其他Slave。
    4. MHA Manager会修改应用程序的连接配置，将应用程序指向新的Master。

  • MHA的配置（简单示例）

    安装MHA：

    # 假设已经安装了Perl和相关的依赖包
yum install -y mha4mysql-manager mha4mysql-node

    创建MHA配置文件：

    # /etc/mha4mysql/app1.cnf
[server default]
manager_user=mha
manager_password=password
ssh_user=root
ping_interval=3
repl_user=repl
repl_password=password

[server1]
hostname=master_ip
port=3306
server_id=1

[server2]
hostname=slave1_ip
port=3306
server_id=2

[server3]
hostname=slave2_ip
port=3306
server_id=3

    检查MHA配置：

    mha_check_ssh --config=/etc/mha4mysql/app1.cnf
mha_check_repl --config=/etc/mha4mysql/app1.cnf

    启动MHA Manager：

    masterha_manager --config=/etc/mha4mysql/app1.cnf --daemon

  • MHA的优缺点

    • 优点：
      • 自动故障转移，减少了停机时间。
      • 配置简单，易于使用。
      • 开源免费。
    • 缺点：
      • 仍然存在短暂的停机时间，因为需要进行故障转移。
      • 需要依赖于Binlog，如果Binlog损坏，可能会导致数据丢失。
      • MHA Manager本身存在单点故障的风险。

  • MHA适用场景

    • 对可用性要求较高的应用场景。
    • 需要自动故障转移的场景。

第四章：Galera Cluster：多主架构的巅峰

主从复制和MHA虽然解决了部分问题，但是写操作仍然只能在Master上进行，存在单点写入瓶颈。为了彻底解决这个问题，Galera Cluster出现了。

  • 啥是Galera Cluster？

Galera Cluster是一个基于同步复制的多主架构的MySQL集群。这意味着所有的节点都可以进行读写操作，并且数据在节点之间是实时同步的。

  • Galera Cluster的原理

Galera Cluster使用了WSREP（Write Set Replication）协议来实现数据同步。

1.  当一个节点收到写操作时，会将写操作转换为一个Write Set。
2.  该节点将Write Set广播给集群中的所有其他节点。
3.  其他节点接收到Write Set后，会进行冲突检测。
4.  如果没有冲突，则将Write Set应用到本地数据库。
5.  如果存在冲突，则该事务将被回滚。

  • Galera Cluster的配置（简单示例）

    修改my.cnf配置文件（所有节点）：

    [mysqld]
binlog_format=ROW
default_storage_engine=InnoDB
innodb_autoinc_lock_mode=2

wsrep_on=ON
wsrep_cluster_name=my_galera_cluster
wsrep_cluster_address=gcomm://node1_ip,node2_ip,node3_ip
wsrep_node_address=当前节点IP
wsrep_sst_method=rsync # 推荐使用rsync或者xtrabackup
wsrep_sst_auth=sst_user:sst_password

    创建用于SST（State Snapshot Transfer）的用户：

    CREATE USER 'sst_user'@'localhost' IDENTIFIED BY 'sst_password';
GRANT RELOAD, LOCK TABLES, REPLICATION CLIENT ON *.* TO 'sst_user'@'localhost';
FLUSH PRIVILEGES;

    启动集群：

    • 第一次启动，需要以bootstrap模式启动一个节点：

      galera_new_cluster

    • 其他节点正常启动MySQL服务即可：

      systemctl start mysqld

  • Galera Cluster的优缺点

    • 优点：
      • 多主架构，可以实现更高的可用性和可扩展性。
      • 数据实时同步，保证了数据的一致性。
      • 自动故障转移，无需手动干预。
    • 缺点：
      • 配置复杂，容易出错。
      • 存在脑裂的风险。
      • 对网络环境要求较高。
      • 写操作的性能可能会受到影响。

  • Galera Cluster适用场景

    • 对可用性和数据一致性要求都非常高的应用场景。
    • 需要多点写入的场景。

第五章：InnoDB Cluster：官方推荐的解决方案

Galera Cluster虽然强大，但是配置复杂，学习成本较高。为了简化MySQL集群的部署和管理，MySQL官方推出了InnoDB Cluster。

  • 啥是InnoDB Cluster？

InnoDB Cluster是一个基于MySQL Shell的高可用解决方案。它集成了MySQL Router、MySQL Server和Group Replication，可以快速部署和管理MySQL集群。

  • InnoDB Cluster的原理

InnoDB Cluster主要由三个组件组成：

*   **MySQL Server：** 运行MySQL数据库的服务器。
*   **MySQL Router：** 一个轻量级的代理服务器，负责将客户端的请求路由到MySQL Server。
*   **Group Replication：** MySQL官方提供的基于Paxos协议的分布式一致性解决方案，用于在多个MySQL Server之间同步数据。

  • InnoDB Cluster的配置（简单示例）

    安装MySQL Shell：

    # 假设已经配置了MySQL Yum源
yum install -y mysql-shell

    连接到MySQL Server：

    mysqlsh --uri root@node1_ip:3306

    创建InnoDB Cluster：

    dba.createCluster('myCluster');

    将MySQL Server添加到集群：

    cluster.addInstance('root@node2_ip:3306');
cluster.addInstance('root@node3_ip:3306');

    检查集群状态：

    cluster.status();

  • InnoDB Cluster的优缺点

    • 优点：
      • 官方支持，稳定可靠。
      • 配置简单，易于使用。
      • 集成了MySQL Router，可以实现读写分离和负载均衡。
      • 基于Group Replication，保证了数据的一致性。
    • 缺点：
      • 对MySQL版本有要求（必须是MySQL 8.0及以上）。
      • 性能可能不如Galera Cluster。

  • InnoDB Cluster适用场景

    • 对可用性和易用性都有要求的应用场景。
    • 需要快速部署和管理MySQL集群的场景。

第六章：架构选择的葵花宝典

说了这么多，那么到底该选择哪种架构呢？别急，这里有一份葵花宝典，让你不再纠结！

架构 优点 缺点 适用场景
主从复制 简单易用，配置方便，可以实现读写分离，可以作为备份方案。 需要手动切换，数据一致性可能存在延迟，存在单点写入瓶颈。 读多写少的应用场景，数据备份和容灾，分析型业务。
半同步复制 提高了数据的安全性，减少了数据丢失的风险。 增加了事务的延迟，降低了性能，仍然需要手动切换。 对数据安全性要求较高的应用场景，可以容忍一定的性能损失的应用场景。
MHA 自动故障转移，减少了停机时间，配置简单，易于使用，开源免费。 仍然存在短暂的停机时间，需要依赖于Binlog，MHA Manager本身存在单点故障的风险。 对可用性要求较高的应用场景，需要自动故障转移的场景。
Galera Cluster 多主架构，可以实现更高的可用性和可扩展性，数据实时同步，保证了数据的一致性，自动故障转移，无需手动干预。 配置复杂，容易出错，存在脑裂的风险，对网络环境要求较高，写操作的性能可能会受到影响。 对可用性和数据一致性要求都非常高的应用场景，需要多点写入的场景。
InnoDB Cluster 官方支持，稳定可靠，配置简单，易于使用，集成了MySQL Router，可以实现读写分离和负载均衡，基于Group Replication，保证了数据的一致性。 对MySQL版本有要求，性能可能不如Galera Cluster。 对可用性和易用性都有要求的应用场景，需要快速部署和管理MySQL集群的场景。

总结：没有银弹，只有最合适的选择

记住，没有一种架构是完美的，只有最适合你的业务需求的。在选择架构的时候，要综合考虑你的业务场景、数据量、并发量、预算等因素。

结束语：祝大家早日成为数据库架构大师！

今天的讲座就到这里了，希望大家能够有所收获。记住，数据库高可用架构是一门学问，需要不断学习和实践。祝大家早日成为数据库架构大师，让你的数据库永远坚挺，永不宕机！ 散会！

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注