详细讲解mysql 主从复制原理

简介： 什么是主从复制，如何实现读写分离，看这篇你就懂了！

思维导图

前言

在很多项目，特别是互联网项目，在使用MySQL时都会采用主从复制、读写分离的架构。

为什么要采用主从复制读写分离的架构？如何实现？有什么缺点？让我们带着这些问题开始这段学习之旅吧！

为什么使用主从复制、读写分离

主从复制、读写分离一般是一起使用的。目的很简单，就是为了提高数据库的并发性能。你想，假设是单机，读写都在一台MySQL上面完成，性能肯定不高。如果有三台MySQL，一台mater只负责写操作，两台salve只负责读操作，性能不就能大大提高了吗？

所以主从复制、读写分离就是为了数据库能支持更大的并发。

随着业务量的扩展、如果是单机部署的MySQL，会导致I/O频率过高。采用主从复制、读写分离可以提高数据库的可用性。

主从复制的原理

①当Master节点进行insert、update、delete操作时，会按顺序写入到binlog中。

②salve从库连接master主库，Master有多少个slave就会创建多少个binlog dump线程。

③当Master节点的binlog发生变化时，binlog dump 线程会通知所有的salve节点，并将相应的binlog内容推送给slave节点。

④I/O线程接收到 binlog 内容后，将内容写入到本地的 relay-log。

⑤SQL线程读取I/O线程写入的relay-log，并且根据 relay-log 的内容对从数据库做对应的操作。

如何实现主从复制

我这里用三台虚拟机(Linux)演示，IP分别是104(Master)，106(Slave)，107(Slave)。

预期的效果是一主二从，如下图所示：

Master配置

使用命令行进入mysql：

mysql -u root -p

接着输入root用户的密码(密码忘记的话就网上查一下重置密码吧~)，然后创建用户：

//192.168.0.106是slave从机的IP
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* to 'root'@'192.168.0.106' identified by 'Java@1234';
//192.168.0.107是slave从机的IP
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* to 'root'@'192.168.0.107' identified by 'Java@1234';
//刷新系统权限表的配置
FLUSH PRIVILEGES;

创建的这两个用户在配置slave从机时要用到。

接下来在找到mysql的配置文件/etc/my.cnf，增加以下配置：

# 开启binlog
log-bin=mysql-bin
server-id=104
# 需要同步的数据库，如果不配置则同步全部数据库
binlog-do-db=test_db
# binlog日志保留的天数，清除超过10天的日志
# 防止日志文件过大，导致磁盘空间不足
expire-logs-days=10 

配置完成后，重启mysql：

service mysql restart

可以通过命令行show master status\G;查看当前binlog日志的信息(后面有用)：

Slave配置

Slave配置相对简单一点。从机肯定也是一台MySQL服务器，所以和Master一样，找到/etc/my.cnf配置文件，增加以下配置：

# 不要和其他mysql服务id重复即可
server-id=106

接着使用命令行登录到mysql服务器：

mysql -u root -p

然后输入密码登录进去。

进入到mysql后，再输入以下命令：

CHANGE MASTER TO 
MASTER_HOST='192.168.0.104',//主机IP
MASTER_USER='root',//之前创建的用户账号
MASTER_PASSWORD='Java@1234',//之前创建的用户密码
MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001',//master主机的binlog日志名称
MASTER_LOG_POS=862,//binlog日志偏移量
master_port=3306;//端口

还没完，设置完之后需要启动：

# 启动slave服务
start slave;

启动完之后怎么校验是否启动成功呢？使用以下命令：

show slave status\G;

可以看到如下信息（摘取部分关键信息）：

*************************** 1. row ***************************
               Slave_IO_State: Waiting for master to send event
                  Master_Host: 192.168.0.104
                  Master_User: root
                  Master_Port: 3306
                Connect_Retry: 60
              Master_Log_File: mysql-bin.000001
          Read_Master_Log_Pos: 619
               Relay_Log_File: mysqld-relay-bin.000001
                Relay_Log_Pos: 782
        Relay_Master_Log_File: mysql-bin.000001 //binlog日志文件名称
             Slave_IO_Running: Yes //Slave_IO线程、SQL线程都在运行
            Slave_SQL_Running: Yes
             Master_Server_Id: 104 //master主机的服务id
                  Master_UUID: 0ab6b3a6-e21d-11ea-aaa3-080027f8d623
             Master_Info_File: /var/lib/mysql/master.info
                    SQL_Delay: 0
          SQL_Remaining_Delay: NULL
      Slave_SQL_Running_State: Slave has read all relay log; waiting for the slave I/O thread to update it
           Master_Retry_Count: 86400
                Auto_Position: 0

另一台slave从机配置一样，不再赘述。

测试主从复制

在master主机执行sql：

CREATE TABLE `tb_commodity_info` (
  `id` varchar(32) NOT NULL,
  `commodity_name` varchar(512) DEFAULT NULL COMMENT '商品名称',
  `commodity_price` varchar(36) DEFAULT '0' COMMENT '商品价格',
  `number` int(10) DEFAULT '0' COMMENT '商品数量',
  `description` varchar(2048) DEFAULT '' COMMENT '商品描述',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='商品信息表';

接着我们可以看到两台slave从机同步也创建了商品信息表：

主从复制就完成了！

读写分离

主从复制完成后，我们还需要实现读写分离，master负责写入数据，两台slave负责读取数据。怎么实现呢？

实现的方式有很多，以前我公司是采用AOP的方式，通过方法名判断，方法名中有get、select、query开头的则连接slave，其他的则连接master数据库。

但是通过AOP的方式实现起来代码有点繁琐，有没有什么现成的框架呢，答案是有的。

Apache ShardingSphere 是一套开源的分布式数据库中间件解决方案组成的生态圈，它由 JDBC、Proxy两部分组成。

ShardingSphere-JDBC定位为轻量级 Java 框架，在 Java 的 JDBC 层提供的额外服务。 它使用客户端直连数据库，以 jar 包形式提供服务，无需额外部署和依赖，可理解为增强版的 JDBC 驱动，完全兼容 JDBC 和各种 ORM 框架。

读写分离就可以使用ShardingSphere-JDBC实现。

下面演示一下SpringBoot+Mybatis+Mybatis-plus+druid+ShardingSphere-JDBC代码实现。

项目配置

版本说明：

SpringBoot：2.0.1.RELEASE
druid：1.1.22
mybatis-spring-boot-starter:1.3.2
mybatis-plus-boot-starter：3.0.7
sharding-jdbc-spring-boot-starter:4.1.1

添加sharding-jdbc的maven配置：

<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-jdbc-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>4.1.1</version>
</dependency>

然后在application.yml添加配置：

# 这是使用druid连接池的配置，其他的连接池配置可能有所不同
spring:
  shardingsphere:
    datasource:
      names: master,slave0,slave1
      master:
        type: com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
        driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
        url: jdbc:mysql://192.168.0.108:3306/test_db?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&tinyInt1isBit=false&useSSL=false&serverTimezone=GMT
        username: yehongzhi
        password: YHZ@1234
      slave0:
        type: com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
        driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
        url: jdbc:mysql://192.168.0.109:3306/test_db?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&tinyInt1isBit=false&useSSL=false&serverTimezone=GMT
        username: yehongzhi
        password: YHZ@1234
      slave1:
        type: com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
        driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
        url: jdbc:mysql://192.168.0.110:3306/test_db?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&tinyInt1isBit=false&useSSL=false&serverTimezone=GMT
        username: yehongzhi
        password: YHZ@1234
    props:
      sql.show: true
    masterslave:
      load-balance-algorithm-type: round_robin
    sharding:
      master-slave-rules:
        master:
          master-data-source-name: master
          slave-data-source-names: slave0,slave1

sharding.master-slave-rules是标明主库和从库，一定不要写错，否则写入数据到从库，就会导致无法同步。

load-balance-algorithm-type是路由策略，round_robin表示轮询策略。

启动项目，可以看到以下信息，代表配置成功：

编写Controller接口：

    /**
     * 添加商品
     *
     * @param commodityName  商品名称
     * @param commodityPrice 商品价格
     * @param description    商品价格
     * @param number         商品数量
     * @return boolean 是否添加成功
     * @author java技术爱好者
     */
    @PostMapping("/insert")
    public boolean insertCommodityInfo(@RequestParam(name = "commodityName") String commodityName,
                                       @RequestParam(name = "commodityPrice") String commodityPrice,
                                       @RequestParam(name = "description") String description,
                                       @RequestParam(name = "number") Integer number) throws Exception {
        return commodityInfoService.insertCommodityInfo(commodityName, commodityPrice, description, number);
    }

准备就绪，开始测试！

测试

打开POSTMAN，添加商品：

控制台可以看到如下信息：

查询数据的话则通过slave进行：

就是这么简单！

缺点

尽管主从复制、读写分离能很大程度保证MySQL服务的高可用和提高整体性能，但是问题也不少：

• 从机是通过binlog日志从master同步数据的，如果在网络延迟的情况，从机就会出现数据延迟。那么就有可能出现master写入数据后，slave读取数据不一定能马上读出来。

可能有人会问，有没有事务问题呢？

实际上这个框架已经想到了，我们看回之前的那个截图，有一句话是这样的：

三,常见问题

(1)相同的mysql server uuid,  导致slave_io_running：no

Slave两个关键进程:

mysql replication 中slave机器上有两个关键的进程，死一个都不行，

一个是slave_sql_running，负责自己的slave mysql进程。

一个是Slave_IO_Running，负责与主机的io通信.

故障案例：主从同步报错Fatal error: The slave I/O thread stops because master and slave have equal MySQL server UUIDS

场景一：因为数据量非常，大概有1.4T，需要在原先master1-slave1的情况下再创建一个库slave2，并且挂在slave1下，即master1-slave1-slave2的结构。为了方便，当时停掉从库salve1，show master status记录状态，开启log_slave_updates，并且关闭salve1，然后将这个从库的data文件夹直接copy到新的从库，结果在创建slave2和slave1的主从关系时报错

Fatal error: The slave I/O thread stops because master and slave have equal MySQL server UUIDs; these UUIDs must be different for replication to work.

原因分析：mysql 5.6的复制引入了uuid的概念，各个复制结构中的server_uuid得保证不一样，但是查看到直接copy  data文件夹后server_uuid是相同的，

show variables like '%server_uuid%';

 

果然,主从库使用了相同的server_uuid;

解决方法：

找到data文件夹下的auto.cnf文件，修改里面的uuid值，保证各个db的uuid不一样，重启db即可

结果:

1.主库端查看从库的uuid

show slave hosts;

2.从库端查看server_uuid

在这里主要是看:
            Slave_IO_Running=Yes
            Slave_SQL_Running=Yes
如果都是Yes,则说明配置成功.

场景二：创建主从关系时copy了同样的my.cnf文件，报错

Fatal error: The slave I/O thread stops because master and slave have equal MySQL server ids; 

原因分析：

和server_uuid类似，servier_id也得保证不一样

解决方法：

找到my.cnf配置文件中的server_id，修改从库的server_id保证和复制结构中的其他db不一样，重启db即可

场景三:

mysql 5.6下因操作两次drop table导致主从断开 1051 error

解决方法及其步骤
1.在slave端stop slave
2.修改参数,让其跳过报错event,

set global sql_slave_skip_counter = 1 ;

3.start slave
4.show slave status \G;来查看是否正常，通过观察Seconds_Behind_Master的日志落后是否慢慢缩小，判断master-slave是否正常
Slave_IO_Running: Yes
Slave_SQL_Running: Yes
Seconds_Behind_Master: 0

参数说明:
而set global sql_slave_skip_counter=N的意思，即为在start slave时，从当前位置起，跳过N个event。每跳过一个event.但是注意1个event可能会包含多个执行语句，要看数据库的负载及其性能情况而定，一般操作前，可能会去binlog或者
relaylog去查看跳过点的语句具体是什么，从而来决定是否进行操作操作来保证master-slave正常进行复制

场景四:mysql同步故障

    Last_Error: Error 'Unknown table 'test'' on query. Default database: 'test'. Query: 'drop table test'

原因：
1.可能在slave上进行了写操作 （导致slave跟master数据不一致）
2.也可能是slave机器重起后，事务回滚造成的.
3.数据同步初始化时，未成功，就是说主库上的某些表没有初始化，删除的时候，导致slave出现'Unknown table 'test'' on query. Default database: 'test'. Query: 'drop table test'报错

解决办法1：（手动同步数据）
1.首先停掉Slave服务
mysql> STOP SLAVE;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

2.到主服务器上查看主机状态：
记录File和Position对应的值。
mysql> show master status;

3.初始化同步数据  （可以尝试直接跳过该步骤，执行下面的步骤，如果可以成功，则不需要执行这步。这步属于重新开始做一次slave的数据初始化了）
master：
[root@mysqltest1 mysql]# mysqldump -uroot -p123456 test > /tmp/test.sql

4.到slave服务器上执行手动同步：
mysql> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST='192.168.9.145', MASTER_PORT=3306, MASTER_USER='replication', MASTER_PASSWORD='123456', MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000009', MASTER_LOG_POS=106;

5.再次查看slave状态发现：
mysql> show slave status \G;

解决办法2：
（确保master与slave的数据时一致的，不然会出现数据不同步的情况）
mysql> slave stop;
mysql> set GLOBAL SQL_SLAVE_SKIP_COUNTER=1;
mysql> slave start;

四.MySQL 内部Logrotate的机制

Binary Log rotate机制：
Rotate：每一条binary log写入完成后，都会判断当前文件是否超过 max_binlog_size，如果超过则自动生成一个binlog file
Delete：expire-logs-days 只在 实例启动时 和 flush logs 时判断，如果文件访问时间早于设定值，则purge file
 
Relay Log rotate 机制：
Rotate：每从Master fetch一个events后，判断当前文件是否超过 max_relay_log_size 如果超过则自动生成一个新的relay-log-file
Delete：purge-relay-log 在SQL Thread每执行完一个events时判断，如果该relay-log 已经不再需要则自动删除

因此建议当slave不再使用时，一定要通过reset slave来取消relaylog，不然即使重启mysql，问题还是一样存在。

五.常用命令操作

查看日志一些命令
1,  show master status\G;
在这里主要是看log-bin的文件是否相同。

show slave status\G;
在这里主要是看:
            Slave_IO_Running=Yes
            Slave_SQL_Running=Yes
如果都是Yes,则说明配置成功.

2,在master上输入show processlist\G;
   mysql> SHOW PROCESSLIST;

出现Command: Binlog Dump,则说明配置成功.
 
 3.维护管理命令：
stop slave                                    #停止同步 
start slave                                   #开始同步，从日志终止的位置开始更新。 
SET SQL_LOG_BIN=0|1                           #主机端运行，需要super权限，用来开停日志，随意开停，会造成主机从机数据不一致，造成错误 
SET GLOBAL SQL_SLAVE_SKIP_COUNTER=n           # 客户端运行，用来跳过几个事件，只有当同步进程出现错误而停止的时候才可以执行。

4.重启

RESET MASTER                                  #主机端运行,清除所有的日志，这条命令就是原来的FLUSH MASTER               
RESET SLAVE                                   #从机运行，清除日志同步位置标志，并重新生成master.info                   
                                              #虽然重新生成了master.info,但是并不起用，最好，将从机的mysql进程重启一下 

5.

SHOW MASTER STATUS         #主机运行，看日志导出信息 
SHOW SLAVE HOSTS           #主机运行，看连入的从机的情况。 
SHOW SLAVE STATUS (slave) 
SHOW MASTER LOGS (master) 

参考：https://blog.csdn.net/cug_jiang126com/article/details/46846031

 mysql同步故障

MySQL主从复制读写分离

MySQL数据同步，出现Slave_SQL_Running：no和slave_io_running：no问题的解决方法