主从复制与读写分离

什么都学
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一、概念

1.1读写分离的缘由

在企业应用中，成熟的业务通常数据量都比较大

单台Mysql的安全性、高可用性和高并发性方面都无法满足实际的需要

配置多台主从数据库服务器以实现读写分离

1.2什么是读写分离

读写分离，基本原理是让主数据库处理事务行增、改、删操作(INSERT、UPDATE、DALETE)，而从数据库处理SELECT查询操作。数据库复制被用把事务性操作导致的变更同步到集群中的从数据库

1.3为什么要读写分离

因为数据库的"写"(写10000条数据可能要三分钟)操作是比较耗时的。

但是数据库的"读"（读10000条数据可能只要5秒钟）

所以读写分离，解决的是，数据库的写入，影响了查询的效率

1.4什么时候要读写分离

数据库不一定要读写分离，如果程序使用数据库较多时，而更新少，查询多的情况下会考虑使用。利用数据库主从同步，再通过读写分离可以分担数据库压力，提高性能。

1.5主从复制与读写分离

在实际的生产环境中，对数据库的读和写都在同一个数据库服务器中，是不能满足实际需求的。无论是在安全性、高可用性还是高并发等各个方面都是完全不能满足实际需求的。

因此，通过主从复制的方式来同步数据，再通过读写分离来提升数据库的并发负载能力。有点类似于rsync（文件同步工具），但是不同的是rsync是对磁盘文件做备份，而mysql主从复制是对数据库中的数据、语句做备份。

在数据库使用较多时，且查询的操作多，更新数据的操作少的场景下会使用读写分离

读写分离 基于 主从复制实现的

主从复制 就是对数据库的二进制日志中的数据、语句做备份复制

1.6MySQL支持的复制类型(主从复制原理)

（1） STATEMENT：基于SQL语句的记录复制，效率高，但在高并发、高负载的情况下可能会出现误差。在服务器上执行sql语句，在从服务器上执行同样的语句，mysql默认采用基于语句的复制（5.7版本之前），执行效率高。高并发的情况可能会出现执行顺序的误差，事务的死锁。

（2）ROW：基于行的记录复制，复制日志的时候精准度高，都是效率较低，占用日志文件空间较大。把改变的内容复制过去，而不是把命令在从服务器上执行一 遍。精确，但效率低，保存的文件会更大。（5.7版本之后默认采用ROW模式）

（3）MIXED：混合类型的复制。默认采用基于语句的复制，一旦发现在高并发高负载无法精确复制的时候，就会采用基于行的复制。更智能，所以大部分情况下使用MIXED。

1.7 MySQL主从服务的几个同步模式

1、异步复制（Asynchronous replication）

MySQL默认的复制即是异步的，主库在执行完客户端提交的事务后会立即将结果返给客户端，并不关心从库是否已经接收并处理，这样就会有一个问题，主如果crash掉了，此时主上已经提交的事务可能并没有传到从上，如果此时，强行将从提升为主，可能导致新主上的数据不完整。

2、全同步复制（Fully synchronous replication）

指当主库执行完一个事务，所有的从库都执行了该事务才返回给客户端。因为需要等待所有从库执行完该事务才能返回，所以全同步复制的性能必然会收到严重的影响。

3、半同步复制（Semisynchronous replication）

介于异步复制和全同步复制之间，主库在执行完客户端提交的事务后不是立刻返回给客户端，而是等待至少一个从库接收到并写到relay log中才返回给客户端。相对于异步复制，半同步复制提高了数据的安全性，同时它也造成了一定程度的延迟，这个延迟最少是一个TCP/IP往返的时间。所以，半同步复制最好在低延时的网络中使用。

1.8主从复制的工作过程

Master节点需要开启二进制日志，Slave节点需要开启中继日志。 （1）Master 节点将数据的改变记录成二进制日志（bin log） ，当Master上的数据发生改变时（增删改），则将其改变写入二进制日志中。 （2）Slave节点会在一定时间间隔内对Master的二进制日志进行探测其是否发生改变，如果发生改变，则开始一个I/O线程请求Master的二进制事件。（请求二进制数据） （3）同时Master 节点为每个I/O线程启动一个dump线程，用于通知和向其发送二进制事件，I/O线程接收到bin-log内容后，将内容保存至slave节点本地的中继日志（Relay log）中，Slave节点将启动SQL线程从中继日志中读取二进制事件，在本地重放，即解析成sql 语句逐一执行，使得其数据和Master节点的保持一致。最后I/O线程和SQL线程将进入睡眠状态，等待下一次被唤醒。

中继日志通常会位于 OS 缓存中，所以中继日志的开销很小。 复制过程有一个很重要的限制，即复制在 Slave上是串行化的，也就是说 Master上的并行更新操作不能在 Slave上并行操作。 半同步复制，会多一个ack确认线程（ack collector thread），专门用于接收slave 的反馈信息（收集slave节点返回的ack信息）。

总结

只要主服务器有数据写入，就会进行数据更新，把相关的数据记录到自己的二进制日志中，从节点探测到主节点的二进制日志发生改变的时候，从服务器会开启一个I/O线程，向主的数据库申请二进制日志里的二进制事件。主服务器会启动dump线程向从服务器发送二进制日志里的二进制事件，从服务器会把这些二进制事件写到自己的中继日志当中，并且从服务器会开启sql线程，读取中继日志里的二进制事件，并进行解析，解析成sql语句在本地进行重放，保证从服务器的数据和主服务器的数据保存一致，当没有数据更新的时候I/O和sql线程会进入睡眠状态，等待下一次数据更新的时候唤醒

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1.9主从复制的实验

实验环境 Master服务器:192.168.100.10 mysql5.7

Slave1服务器:192.168.100.20 mysql5.7

Slave2服务器:192.168.100.40 mysql5.7

实验思路

  1. 主从服务器时间同步。
  2. 配置主服务器，修改其配置文件，在主数据库中创建一个同步账号授权给从数据库使用。
  3. 配置从数据库，修改其配置文件，在从数据库中配置同步。
  4. 验证能否同步成功。

实验过程 每台服务器都关闭防火墙和selinux

systemctl stop firewalld
setenforce 0

1.主服务器使用本地时钟源。

# 安装时间同步工具(本地设置时钟源)
yum install -y ntp

#修改ntp配置文件，在末尾加入
vim /etc/ntp.conf
server 127.127.100.0  #设置本地时钟源，注意修改网段
fudge 127.127.100.0   #设置事件层级为8(限制在15以内)

#开启ntpd
systemctl start ntpd

image.png

image.png 2.两台从服务器同步主服务器的时间

#安装时间同步工具
 #和主服务器进行时间同步
 /usr/sbin/ntpdate 192.168.100.10
 ​
 #设置定时任务，每30分钟同步一次
 crontab -e  
 */30 * * * * /usr/sbin/ntpdate 100.10

image.png

image.png 3.主服务器的mysql配置

 vim /etc/my.cnf
 [mysqld]
 ......
 server-id = 1               #指定服务ID号，master和两台slave都要不同
 log-bin=mysql-bin           #添加，主服务器开启二进制日志
 binlog_format = MIXED       #指定二进制日志(binlog)的记录格式为MIXED
 log-slave-updates=true      #添加，允许slave从master复制数据时可以写入到自己的二进制日志
 expire_logs_days = 7        #设置二进制日志文件过期时间，默认值为0，表示logs不过期
 max_binlog_size = 500M      #设置二进制日志限制大小，如果超出给定值，日志就会发生滚动，默认值是1GB
 ​
 #重启服务
 systemctl restart mysqld
 ​
 mysql -u root -p123456
 #给从服务器授权
 grant replication slave on *.* to 'myslave'@'192.168.100.%' identified by '123123';  
 flush privileges;               #刷新权限
 ​
 show master status;     #查看主服务器状态
 
 #File 列显示日志名，Position 列显示偏移量

image.png

image.png

image.png 4.从服务器的mysql配置

 #修改配置文件
 [root@s1 ~]# vim /etc/my.cnf
 [mysqld]
 ......
 server-id = 2            #修改，注意id与Master的不同，两个Slave的id也要不同
 relay-log=relay-log-bin  #添加，开启中继日志，从主服务器上同步日志文件记录到本地
 relay-log-index=slave-relay-bin.index   #添加，定义中继日志索引文件的位置和名称，一般和relay-log在同一目录
 relay_log_recovery = 1                  #选配项
 #当 slave 从库宕机后，假如 relay-log 损坏了，导致一部分中继日志没有处理，则自动放弃所有未执行的 relay-log，并且重新从 master 上获取日志，这样就保证了 relay-log 的完整性。默认情况下该功能是关闭的，将 relay_log_recovery 的值设置为 1 时， 可在 slave 从库上开启该功能，建议开启。
 ​
 #重启服务
 [root@s1 ~]# systemctl restart mysqld     
 ​
 #登录数据库，进行同步设置
 [root@s1 ~]# mysql -u root -p
 CHANGE master to master_host='192.168.100.10',master_user='myslave',master_password='123123',master_log_file='mysql-bin.000017',master_log_pos=604;     
 #配置同步，注意 master_log_file 和 master_log_pos 的值要与Master查询的一致
 ​
 start slave;                #启动同步，如有报错执行 reset slave(重置);
 ​
 show slave status\G         #查看 Slave 状态
 ##确保 IO 和 SQL 线程都是 Yes，代表同步正常。
 Slave_IO_Running: Yes               #负责与主机的IO通信
 Slave_SQL_Running: Yes              #负责自己的slave mysql进程
 ​
 ##一般 "Slave_IO_Running: No" 的可能原因：
 1. 网络不通 
 2. my.cnf配置有问题（server-id重复）
 3. 密码、file文件名、pos偏移量不对 
 4. 防火墙没有关闭

image.png

image.png

二、MySQL读写分离

2.1MySQL读写分离原理

  • 只在主服务器上写，只在从服务器上读

  • 主数据库处理事务性查询，从数据库处理select查询

  • 数据库复制用于将事务性查询的变更同步到集群的从数据库

  • 读写分离方案

    • MySQL-Proxy
    • Amoeba

2.2常见得MySQL读写分离

基于程序代码内实现

在代码中根据select、insert进行路由分类，这类方法也是目前生产环境应用最广泛的。

优点是性能较好，因为在程序代码中实现，不需要增加额外的设备为硬件开支；缺点是需要开发人员来实现，运维人员无从下手。

但是并不是所有的应用都适合在程序代码中实现读写分离，像一些大型复杂的Java应用，如果在程序代码中实现读写分离对代码改动就较大。

基于中间代理层实现

代理一般位于客户端和服务器之间，代理服务器接到客户端请求后通过判断后转发到后端数据库，有以下代表性程序。

（1）MySQL-Proxy。MySQL-Proxy为MysQL开源项目，通过其自带的1ua脚本进行sQL判断。

（2）Atlas。是由奇虎360的Web平台部基础架构团队开发维护的一个基于MysQL协议的数据中间层项目。它是在mysql-proxy 0.8.2版本的基础上，对其进行了优化，增加了一些新的功能特性。360内部使用atlas运行的mysql业务，每天承载的读写请求数达几干保条。支持事物以及存储过程。

（3）Amoeba。由陈思儒开发，作者曾就职于阿里巴巴。该程序由Java语言进行开发，阿里巴巴将其用于生产环境。但是它不支持事务和存储过程。

（4）Mycat。是一款流行的基于Java语言编写的数据库中间件，是一个实现了MySq1协议的服务器，其核心功能是分库分表。配合数据库的主从模式还可以实现读写分离。

由于使用MysQLProxy需要写大量的ua脚本，这些Lua并不是现成的，而是需要自己去写。这对于并不熟悉MysQLProxy 内置变量和MySQL Protocol的人来说是非常困难的。

Amoeba是一个非常容易使用、可移植性非常强的软件。因此它在生产环境中被广泛应用于数据库的代理层。

2.3小实验

Master 服务器：192.168.100.10，mysql5.7

Slave1 服务器：192.168.100.20，mysql5.7

Slave2 服务器：192.168.100.40，mysql5.7

Amoeba 服务器：192.168.100.50，jdk1.6、Amoeba 

客户端：192.168.100.30， mysql5.7

2.3.1 Amoeba服务器配置

1.安装java环境

#因为 Amoeba 基于是 jdk1.5 开发的，所以官方推荐使用 jdk1.5 或 1.6 版本，高版本不建议使用。
 ​
 #先将jdk的二进制文件上传到/opt/目录下，之后复制到/usr/local/目录下
 cd /opt/
 cp jdk-6u14-linux-x64.bin /usr/local/
 cd /usr/local/
 chmod +x jdk-6u14-linux-x64.bin     #为二进制文件增加执行权限
 ./jdk-6u14-linux-x64.bin
 ##按yes，按enter
 ​
 mv jdk1.6.0_14/ /usr/local/jdk1.6     #将jdk目录重命名
 ​
 #添加环境变量
 vim /etc/profile
 export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.6
 export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib:$JAVA_HOME/jre/lib
 export PATH=$JAVA_HOME/bin:$JAVA_HOME/jre/bin:$PATH
 export AMOEBA_HOME=/usr/local/amoeba
 export PATH=$PATH:$AMOEBA_HOME/bin
 ​
 source /etc/profile     #刷新文件，使立即生效
 java -version           #查看jdk版本

image.png

image.png

image.png vim /etc/profile image.png

image.png

2.安装Amoeba软件

-------1、安装 Amoeba软件---------
 #创建Amoeba的解压目录
 mkdir /usr/local/amoeba/
 #将Amoeba安装包上传到/opt/目录，解压安装包
 cd /opt/
 tar zxvf amoeba-mysql-binary-2.2.0.tar.gz -C /usr/local/amoeba/
 #增加目录权限
 chmod -R 755 /usr/local/amoeba/
 #开启Amoeba
 /usr/local/amoeba/bin/amoeba      #如显示amoeba start|stop说明安装成功
 ​
 ​
 -------2、配置 Amoeba读写分离，两个 Slave 读负载均衡----------
 ​
 #先在Master、Slave1、Slave2 的mysql上开放权限给 Amoeba 访问。注意：这里授权的用户名和密码，会在下一步写入数据库配置文件。
 grant all on *.* to yuji@'192.168.100.%' identified by '123123';
 ​
 #再回到amoeba服务器配置amoeba服务：
 cd /usr/local/amoeba/conf/
 ​
 #备份配置文件，修改amoeba配置文件
 cp amoeba.xml amoeba.xml.bak
 vim amoeba.xml
 --30行--
 <property name="user">amoeba</property>     #30行和32行，授权客户端用于登录amoeba的账号和密码
 --32行-- 
 <property name="password">123456</property>
 ​
 --115行--
 <property name="defaultPool">master</property>  #设置默认服务器池
 --117-去掉注释-
 <property name="writePool">master</property>   #定义写的服务器池名称
 <property name="readPool">slaves</property>    #定义读的服务器池名称
 ​
 ​
 #备份数据库配置文件，之后修改数据库配置文件dbServers.xml
 cp dbServers.xml dbServers.xml.bak
 vim dbServers.xml  
 --23行--注释掉  作用：默认进入test库，注释掉以防mysql中没有test库时，会报错
 <!-- <property name="schema">test</property> -->
 ​
 ##26-30行，此用户就是之前在3台主从服务器上授权的用户，授权amoeba服务器用来登录mysql数据库的用户和密码。
 --26行--修改
 <property name="user">yuji</property>  
 --28-30行--去掉注释
 <property name="password">123123</property>
 ​
 --45行--修改，设置主服务器的名称master和地址
 <dbServer name="master"  parent="abstractServer">
 --48行--修改，设置主服务器的地址
 <property name="ipAddress">192.168.100.10</property>
 ​
 --52行--修改，设置从服务器1的名称slave1
 <dbServer name="slave1"  parent="abstractServer">
 --55行--修改，设置从服务器1的地址
 <property name="ipAddress">192.168.100.20</property>
 --58行--复制上面6行粘贴，设置从服务器2的名称slave2和地址
 <dbServer name="slave2"  parent="abstractServer">
 <property name="ipAddress">192.168.100.40</property>
 ​
 --65行--修改
 <dbServer name="slaves" virtual="true">
 --71行--修改
 <property name="poolNames">slave1,slave2</property>
 ​
 ​
 /usr/local/amoeba/bin/amoeba start &  #后台启动Amoeba软件，按ctrl+c 返回
 netstat -anpt | grep java            #查看8066端口是否开启，默认端口为TCP 8066

image.png

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image.png

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image.png vim dbServers.xml image.png

image.png

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image.png

客户端

#客户端通过amoeba服务器登录数据库，之后向库中写入数据：
 mysql -u amoeba -p123456 -h 192.168.100.10 -P8066        
 use yuji666;
 create table class(id int,name char(10));
 #通过amoeba服务器代理访问mysql ，再通过客户端连接mysql后写入的数据只有主服务会记录，然后同步给从--从服务器

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