25 | MySQL是怎么保证高可用的？
在上一篇文章中，我和你介绍了binlog的基本内容，在一个主备关系中，每个备库接收主库的binlog并执行。
正常情况下，只要主库执行更新生成的所有binlog，都可以传到备库并被正确地执行，备库就能达到跟主库一致的状态，这就是最终一致性。
但是，MySQL要提供高可用能力，只有最终一致性是不够的。为什么这么说呢？今天我就着重和你分析一下。这里，我再放一次上一篇文章中讲到的双M结构的主备切换流程图。
主备延迟
主备切换可能是一个主动运维动作，比如软件升级、主库所在机器按计划下线等，也可能是被动操作，比如主库所在机器掉电。 先一起看看主动切换的场景。在介绍主动切换流程的详细步骤之前，我要先跟你说明一个概念，即“同步延迟”。与数据同步有关的时间点主要包括以下三个：
- 主库A执行完成一个事务，写入binlog，我们把这个时刻记为T1;
- 之后传给备库B，我们把备库B接收完这个binlog的时刻记为T2;
- 备库B执行完成这个事务，我们把这个时刻记为T3。 所谓主备延迟，就是同一个事务，在备库执行完成的时间和主库执行完成的时间之间的差值，也就是T3-T1。 你可以在备库上执行showslave status命令，它的返回结果里面会显示seconds_behind_master，用于表示当前备库延迟了多少秒。这个参数计算的就是T3-T1。
在网络正常的时候，日志从主库传给备库所需的时间是很短的，即T2-T1的值是非常小的。也就是说，主备延迟的主要来源是备库接收完binlog和执行完这个事务之间的时间差。
所以主备延迟最直接的表现是，备库消费中转日志（relay log）的速度，比主库生产binlog的速度要慢。接下来，我就和你一起分析下，这可能是由哪些原因导致的。
主备延迟的来源
有些部署条件下，备库所在机器的性能要比主库所在的机器性能差。
反正备库没有请求，所以可以用差一点儿的机器。或者，把20个主库放在4台机器上，而把备库集中在一台机器上。
更新请求对IOPS的压力，在主库和备库上是无差别的。但实际上，更新过程中也会触发大量的读操作。所以，当备库主机上的多个备库都在争抢资源的时候，就可能会导致主备延迟。
这种部署现在比较少。因为主备可能发生切换，备库随时可能变成主库，所以主备库选用相同规格的机器，并且做对称部署，是现在比较常见的情况。
第二种常见的可能，即备库的压力大
一般的想法是，主库既然提供了写能力，那么备库可以提供一些读能力。或者一些运营后台需要的分析语句，不能影响正常业务，所以只能在备库上跑。
由于主库直接影响业务，大家使用起来会比较克制，反而忽视了备库的压力控制。结果就是，备库上的查询耗费了大量的CPU资源，影响了同步速度，造成主备延迟。
这种情况，我们一般可以这么处理：
- 一主多从。除了备库外，可以多接几个从库，让这些从库来分担读的压力。
- 通过binlog输出到外部系统，比如Hadoop这类系统，让外部系统提供统计类查询的能力。
其中，一主多从的方式大都会被采用。因为作为数据库系统，还必须保证有定期全量备份的能力。而从库，就很适合用来做备份。（这里备库和从库概念上等价，但是将主备切换的那个从库称为备库。）
第三种可能，大事务
大事务这种情况很好理解。因为主库上必须等事务执行完成才会写入binlog，再传给备库。所以，如果一个主库上的语句执行10分钟，那这个事务很可能就会导致从库延迟10分钟。
DBA这么说过：不要一次性地用delete语句删除太多数据。其实，这就是一个典型的大事务场景。
比如，一些归档类的数据，平时没有注意删除历史数据，等到空间快满了，业务开发人员要一次性地删掉大量历史数据。同时，又因为要避免在高峰期操作会影响业务，所以会在晚上执行这些大量数据的删除操作。
结果，负责的DBA同学半夜就会收到延迟报警。然后，DBA团队就要求你后续再删除数据的时候，要控制每个事务删除的数据量，分成多次删除。
另一种典型的大事务场景，就是大表DDL。处理方案就是，计划内的DDL，建议使用gh-ost方案（这个场景，我在前面的文章中介绍过。可以回顾下第13篇文章《为什么表数据删掉一半，表文件大小不变？》中的相关内容）。
造成主备延迟还有一个大方向的原因，就是备库的并行复制能力。
留在下一篇文章再详细介绍。
由于主备延迟的存在，所以在主备切换的时候，就相应的有不同的策略。
可靠性优先策略
在图1的双M结构下，从状态1到状态2切换的详细过程是这样的：
- 判断备库B现在的seconds_behind_master，如果小于某个值（比如5秒）继续下一步，否则持续重试这一步；
- 把主库A改成只读状态，即把readonly设置为true；
- 判断备库B的seconds_behind_master的值，直到这个值变成0为止；
- 把备库B改成可读写状态，也就是把readonly设置为false；
- 把业务请求切到备库B。 这个切换流程，一般是由专门的HA系统来完成的，我们暂时称之为可靠性优先流程（图中seconds_behind_master简写为SBM）。
可以看到，这个切换流程中是有不可用时间的。因为在步骤2之后，主库A和备库B都处于readonly状态，也就是说这时系统处于不可写状态，直到步骤5完成后才能恢复。
在这个不可用状态中，比较耗费时间的是步骤3，可能需要耗费好几秒的时间。这也是为什么需要在步骤1先做判断，确保seconds_behind_master的值足够小。
试想如果一开始主备延迟就长达30分钟，而不先做判断直接切换的话，系统的不可用时间就会长达30分钟，这种情况一般业务都是不可接受的。
系统的不可用时间，是由这个数据可靠性优先的策略决定的。你也可以选择可用性优先的策略，来把这个不可用时间几乎降为0。
可用性优先策略
如果我强行把步骤4、5调整到最开始执行，不等主备数据同步，直接把连接切到备库B，并且让备库B可以读写，那么系统几乎就没有不可用时间了。
我们把这个切换流程，暂时称作可用性优先流程。这个切换流程的代价，就是可能出现数据不一致的情况。
- 使用row格式的binlog时，数据不一致的问题更容易被发现。而使用mixed或者statement格式的binlog时，数据很可能悄悄地就不一致了。如果你过了很久才发现数据不一致的问题，很可能这时的数据不一致已经不可查，或者连带造成了更多的数据逻辑不一致。
- 主备切换的可用性优先策略会导致数据不一致。因此多数情况下都建议你使用可靠性优先策略。毕竟对数据服务来说的话，数据的可靠性一般还是要优于可用性的。
在满足数据可靠性的前提下，MySQL高可用系统的可用性，是依赖于主备延迟的。延迟的时间越小，在主库故障的时候，服务恢复需要的时间就越短，可用性就越高。
