MySQL高可用与集群之：`MySQL`的`Binlog`复制模式：`Statement`、`Row`和`Mixed`的底层区别。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

MySQL高可用与集群：Binlog复制模式深度解析

大家好，今天我们来深入探讨MySQL高可用与集群中一个至关重要的组成部分：Binlog复制模式。具体来说，我们将详细分析Statement、Row和Mixed这三种Binlog格式的底层区别，以及它们在实际应用中的优缺点和适用场景。

1. Binlog简介与复制原理

在深入研究复制模式之前，我们先简单回顾一下Binlog的作用以及MySQL复制的基本原理。

Binlog (Binary Log) 是MySQL服务器用于记录所有修改数据库的语句（除了查询语句）的二进制文件。它可以用于数据恢复、数据审计和最重要的复制。

MySQL复制是指将数据从一个MySQL服务器（主服务器，Master）复制到一个或多个MySQL服务器（从服务器，Slave）的过程。其基本原理如下：

主服务器写入Binlog： 主服务器上的所有数据更改操作都会被记录到Binlog中。
从服务器请求Binlog： 从服务器连接到主服务器，并请求从指定的Binlog位置开始的日志内容。
从服务器复制Binlog： 主服务器将Binlog内容发送给从服务器。
从服务器执行Binlog： 从服务器接收到Binlog内容后，会将其写入到自己的 Relay Log 中，然后通过SQL线程读取 Relay Log 并执行其中的SQL语句，从而实现数据同步。

Binlog的格式直接影响到复制的效率、一致性和兼容性。接下来，我们将详细分析三种主要的Binlog格式。

2. Statement格式：记录SQL语句

Statement格式是最早的Binlog格式。它记录的是执行的SQL语句。

工作原理：

当主服务器执行一条SQL语句修改了数据后，它会将这条SQL语句直接记录到Binlog中。从服务器接收到Binlog后，会直接执行相同的SQL语句，从而达到数据同步的目的。

示例：

假设我们在主服务器上执行以下SQL语句：

UPDATE employees SET salary = salary * 1.1 WHERE department = 'Sales';

如果Binlog格式设置为Statement，那么Binlog中将会记录这条SQL语句本身。

优点：

日志量小： 只需要记录SQL语句，日志文件相对较小，节省磁盘空间。
网络传输量小： 由于日志量小，在主从服务器之间传输的数据量也较小，减少网络带宽占用。

缺点：

一致性问题： Statement格式最大的问题在于其无法保证数据一致性，尤其是在包含以下情况时：
- 非确定性函数： 如果SQL语句中使用了RAND()、UUID()、NOW()等非确定性函数，那么在主从服务器上执行的结果可能不一致，导致数据不同步。
- 存储过程或触发器： 存储过程或触发器中可能包含复杂的逻辑，主从服务器的执行环境差异可能导致不同的结果。
- AUTO_INCREMENT字段： 当使用LAST_INSERT_ID()等函数时，在主从服务器上获取到的AUTO_INCREMENT值可能不同。
- WHERE条件中的排序： 如果WHERE条件中没有明确的排序规则，MySQL可能会以不同的顺序处理数据，导致数据不一致。

代码示例：非确定性函数导致数据不一致

首先，创建一张测试表：

CREATE TABLE test_rand (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    rand_num DOUBLE
);

在主服务器上执行以下SQL语句：

INSERT INTO test_rand (rand_num) VALUES (RAND());

由于RAND()函数的非确定性，主从服务器执行这条语句后，rand_num的值很可能不同，导致数据不一致。

代码示例：AUTO_INCREMENT字段导致数据不一致

创建两张表，一张用于插入，一张用于引用AUTO_INCREMENT的值：

CREATE TABLE parent (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT
);

CREATE TABLE child (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  parent_id INT
);

在主服务器上执行以下SQL语句：

INSERT INTO parent () VALUES ();
INSERT INTO child (parent_id) VALUES (LAST_INSERT_ID());

虽然语句本身看起来很简单，但由于LAST_INSERT_ID()依赖于特定的执行环境，如果主从服务器并发较高，或者存在其他插入操作，LAST_INSERT_ID()的值可能不同，导致child表中的parent_id指向错误的parent记录。

3. Row格式：记录行的变更

Row格式是另一种Binlog格式，它记录的是每一行数据的变更。

工作原理：

当主服务器执行一条SQL语句修改了数据后，它会将修改前和修改后的每一行数据的详细信息记录到Binlog中。从服务器接收到Binlog后，会根据这些信息更新自己的数据，从而实现数据同步。

示例：

假设我们在主服务器上执行以下SQL语句：

UPDATE employees SET salary = salary * 1.1 WHERE department = 'Sales';

如果Binlog格式设置为Row，那么Binlog中将会记录所有受影响的行的原始数据和修改后的数据。例如：

原始数据：id=1, name='Alice', salary=50000, department='Sales'
修改后的数据：id=1, name='Alice', salary=55000, department='Sales'

优点：

数据一致性： Row格式能够保证数据一致性，因为它记录了每一行数据的变更，避免了Statement格式中非确定性函数和复杂逻辑带来的问题。
适用于所有场景： Row格式适用于所有类型的SQL语句，包括包含非确定性函数、存储过程、触发器等复杂场景。

缺点：

日志量大： Row格式需要记录每一行数据的详细信息，日志文件通常比Statement格式大得多，占用更多的磁盘空间。
网络传输量大： 由于日志量大，在主从服务器之间传输的数据量也较大，增加网络带宽占用。
复杂性： Row格式的binlog阅读和解析更加复杂，不利于人工分析和调试。

代码示例：Row格式保证数据一致性

沿用之前的test_rand表：

CREATE TABLE test_rand (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    rand_num DOUBLE
);

在主服务器上执行以下SQL语句：

INSERT INTO test_rand (rand_num) VALUES (RAND());

即使使用了RAND()函数，由于Row格式记录的是每一行数据的变更，从服务器会精确地复制主服务器上生成的随机数，从而保证数据一致性。

代码示例：Row格式下的AUTO_INCREMENT

沿用之前的parent和child表：

CREATE TABLE parent (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT
);

CREATE TABLE child (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  parent_id INT
);

在主服务器上执行以下SQL语句：

INSERT INTO parent () VALUES ();
INSERT INTO child (parent_id) VALUES (LAST_INSERT_ID());

即使在高并发环境下，Row格式也能保证child表中的parent_id正确指向对应的parent记录，因为它记录了parent表插入后的id值，并将其复制到从服务器。

4. Mixed格式：智能选择

Mixed格式是MySQL 5.1.5之后引入的一种混合模式。它结合了Statement和Row格式的优点，根据具体的SQL语句选择合适的格式进行记录。

工作原理：

MySQL服务器会根据SQL语句的类型和特性，自动选择Statement或Row格式进行记录。一般来说，对于能够安全地使用Statement格式的SQL语句（例如，不包含非确定性函数、存储过程等），会使用Statement格式；对于无法安全地使用Statement格式的SQL语句，会使用Row格式。

优点：

兼顾效率和一致性： Mixed格式在保证数据一致性的前提下，尽量减少日志量和网络传输量，提高复制效率。
灵活性： 可以根据不同的SQL语句选择合适的格式，适应不同的应用场景。

缺点：

复杂性： Mixed格式的实现逻辑比较复杂，需要MySQL服务器进行判断和选择。
调试难度： 由于使用了不同的格式，在调试和排查问题时可能比较困难。

选择规则：

MySQL服务器通常会根据以下规则选择Binlog格式：

如果SQL语句包含了非确定性函数（如RAND()、UUID()、NOW()等），则使用Row格式。
如果SQL语句操作了TEMPORARY表，则使用Statement格式。
如果SQL语句使用了USER-DEFINED FUNCTIONS (UDF)，则使用Row格式。
如果SQL语句更新或删除了InnoDB表，则使用Row格式。
其他情况下，通常使用Statement格式。

代码示例：Mixed格式的选择

沿用之前的test_rand表：

CREATE TABLE test_rand (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    rand_num DOUBLE
);

在主服务器上执行以下SQL语句：

INSERT INTO test_rand (rand_num) VALUES (RAND());

在这种情况下，Mixed格式会选择Row格式，因为SQL语句包含了RAND()函数。

在主服务器上执行以下SQL语句：

UPDATE employees SET department = 'Marketing' WHERE department = 'Sales';

如果没有其他特殊情况，Mixed格式可能会选择Statement格式，因为这条SQL语句不包含非确定性函数，且可以安全地使用Statement格式进行复制。

5. 如何选择合适的Binlog格式

选择合适的Binlog格式需要综合考虑以下因素：

数据一致性要求： 如果对数据一致性要求非常高，建议选择Row格式。
性能要求： 如果对性能要求较高，并且可以容忍一定程度的数据不一致，可以考虑Statement格式。
存储空间和网络带宽： 如果存储空间和网络带宽有限，建议选择Statement或Mixed格式。
MySQL版本： 较新的MySQL版本对Row格式的性能进行了优化，可以更好地满足高性能需求。
应用场景： 对于包含大量非确定性函数、存储过程、触发器等的应用场景，建议选择Row格式。

通常情况下，推荐使用Row格式，因为它能够保证数据一致性，并且在较新的MySQL版本中性能已经得到显著提升。如果对性能要求非常高，并且可以接受一定程度的数据不一致，可以考虑使用Mixed格式。

下表总结了三种Binlog格式的特点：

特性	Statement	Row	Mixed
数据一致性	较差	最好	较好
日志量	最小	最大	中等
网络传输量	最小	最大	中等
复杂性	最简单	复杂	较复杂
适用场景	对一致性要求不高，日志量敏感	对一致性要求高	兼顾效率和一致性

配置Binlog格式：

可以通过修改MySQL配置文件（my.cnf或my.ini）来设置Binlog格式：

[mysqld]
log_bin = mysql-bin  # 启用Binlog
binlog_format = ROW  # 设置Binlog格式为Row

修改配置文件后，需要重启MySQL服务器才能生效。

此外，也可以通过SQL语句动态地设置Binlog格式（不推荐，因为重启后会失效）：

SET GLOBAL binlog_format = 'ROW';

6. 实际案例分析

假设我们有一个电商网站，需要保证订单数据的准确性，并且允许在一定程度上容忍商品库存数据的短暂不一致。

在这种情况下，我们可以考虑以下方案：

订单数据： 使用Row格式，确保订单数据的完全一致。
商品库存数据： 使用Mixed格式，对于简单的库存更新操作，可以使用Statement格式，减少日志量；对于复杂的库存更新操作，可以使用Row格式，保证数据一致性。

通过这种方式，我们可以在保证关键数据（订单数据）一致性的前提下，尽量减少日志量和网络传输量，提高复制效率。

7. 如何解决Row格式下的大日志问题

Row格式虽然保证了一致性，但是会产生大量的日志，针对这个问题，可以考虑以下优化方案：

过滤不需要复制的表： 在从服务器上配置replicate-do-db 和 replicate-ignore-db 参数，只复制需要的数据库和表，减少不必要的日志产生。
开启Binlog压缩： MySQL 5.7.21 之后，支持对Binlog进行压缩，可以有效减少日志文件的大小。通过设置binlog_compression=ON启用压缩。
定期清理Binlog： 定期删除过期的Binlog文件，释放磁盘空间。可以使用PURGE BINARY LOGS BEFORE '日期时间';语句来删除指定日期之前的Binlog文件。
优化SQL语句： 尽量避免执行大批量更新操作，可以将大批量更新分解为多个小批量更新，减少单次Binlog的记录量。

8. 总结：选择合适的Binlog格式是关键

今天我们深入探讨了MySQL的Binlog复制模式，分析了Statement、Row和Mixed三种格式的底层区别、优缺点以及适用场景。理解这些概念对于构建高可用、高性能的MySQL集群至关重要。

根据实际应用场景和数据一致性要求，选择合适的Binlog格式，并结合各种优化手段，可以有效地提高MySQL集群的稳定性和性能。希望今天的分享对大家有所帮助。

MySQL高可用与集群：Binlog复制模式深度解析

1. Binlog简介与复制原理

2. Statement格式：记录SQL语句

3. Row格式：记录行的变更

4. Mixed格式：智能选择

5. 如何选择合适的Binlog格式

6. 实际案例分析

7. 如何解决Row格式下的大日志问题

8. 总结：选择合适的Binlog格式是关键

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