你還不知道怎么做數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫分離么，用這個(gè)中間件讓你性能提10倍

作者：石杉的架構(gòu)筆記 2022-10-18 23:03:53

我們以mysql一主兩從架構(gòu)為例，也就是一個(gè)master節(jié)點(diǎn)下有兩個(gè)slave節(jié)點(diǎn)，在這套架構(gòu)下，寫請(qǐng)求統(tǒng)一交給master節(jié)點(diǎn)處理，而讀請(qǐng)求交給slave節(jié)點(diǎn)處理。

前言

訂單緩存方案上線之后，我們以為又開(kāi)啟了歲月安好的日子，但是，在一周后的某一天，DBA直接跑來(lái)了，DBA直接說(shuō)：“l(fā)eader讓我直接找你，是這樣的，上次加了緩存優(yōu)化后，效果確實(shí)不錯(cuò)，但是我發(fā)現(xiàn)訂單查詢sql在今天的12:00至12:05之間有大量的慢sql，查詢時(shí)間超過(guò)了2.5s。”

這個(gè)時(shí)候，我們立馬開(kāi)啟了排查問(wèn)題模式，首先，check了一下上次加的緩存，發(fā)現(xiàn)緩存正常，然后接著根據(jù)DBA提供的信息搜索日志，此時(shí)，發(fā)現(xiàn)在這個(gè)時(shí)間段訂單請(qǐng)求量突增，大概是平常訂單請(qǐng)求量的2到3倍，然后經(jīng)過(guò)了解，發(fā)現(xiàn)在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，營(yíng)銷系統(tǒng)那邊做了一些活動(dòng)，導(dǎo)致訂單請(qǐng)求量突增。

說(shuō)白了就是做了促銷活動(dòng)后，大量下單的用戶會(huì)不斷刷新訂單來(lái)查詢訂單的信息，比如看一下訂單是否開(kāi)始配送，此時(shí)大量的請(qǐng)求會(huì)打到了MySQL上去，此時(shí)單庫(kù)又抗不了這么讀請(qǐng)求，就導(dǎo)致了數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載很高，從而嚴(yán)重降低了MySQL的查詢效率。

現(xiàn)在我們緩存也加過(guò)了，但是數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載還是很高，此時(shí)該怎么辦呢？

其實(shí)也很簡(jiǎn)單，既然單個(gè)庫(kù)扛不住，那就搞2個(gè)庫(kù)一起來(lái)抗唄，因?yàn)閷?duì)于外賣訂單來(lái)說(shuō)是典型的讀多寫少的場(chǎng)景，所以，在這個(gè)場(chǎng)景下，我們可以搞個(gè)一主兩從的架構(gòu)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，就像這樣：

也就是寫數(shù)據(jù)走主庫(kù)，而讀數(shù)據(jù)走從庫(kù)，可以看到，此時(shí)由于我們搞了2個(gè)從庫(kù)，這2個(gè)從庫(kù)可以一起來(lái)抗大量的讀請(qǐng)求。

非常關(guān)鍵的一點(diǎn)就是，從庫(kù)會(huì)通過(guò)主從復(fù)制，從主庫(kù)中不斷的同步數(shù)據(jù)，以此來(lái)保證從庫(kù)的數(shù)據(jù)和主庫(kù)是一模一樣的，所以想要實(shí)現(xiàn)讀寫分離，那么，就先要了解主從復(fù)制是怎么玩兒的。

主從復(fù)制的原理是什么？

為了保證slave節(jié)點(diǎn)和master節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)一致性，master節(jié)點(diǎn)在寫入數(shù)據(jù)之后，同時(shí)會(huì)把數(shù)據(jù)復(fù)制一份到自己的各個(gè)slave節(jié)點(diǎn)上。

在復(fù)制的過(guò)程中一共會(huì)使用到三個(gè)線程，一個(gè)是binlog dump線程，位于master節(jié)點(diǎn)上，另外兩個(gè)線程分別是I/O線程和SQL線程，它們都分別位于slave節(jié)點(diǎn)上，如下圖：

結(jié)合圖片，我們一起來(lái)看下主從復(fù)制的核心流程：

（1）當(dāng)master節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)寫請(qǐng)求時(shí)，這個(gè)寫請(qǐng)求可能是增刪改操作，此時(shí)會(huì)把寫請(qǐng)求的操作都記錄到binlog日志中。

（2）master節(jié)點(diǎn)會(huì)把數(shù)據(jù)復(fù)制給slave節(jié)點(diǎn)，如圖中的slave01節(jié)點(diǎn)和slave02節(jié)點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程，首先得要每個(gè)slave節(jié)點(diǎn)連接到master節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)slave節(jié)點(diǎn)連接到master節(jié)點(diǎn)上時(shí)，master節(jié)點(diǎn)會(huì)為每一個(gè)slave節(jié)點(diǎn)分別創(chuàng)建一個(gè)binlog dump線程，用于向各個(gè)slave節(jié)點(diǎn)發(fā)送binlog日志。

（3）binlog dump線程會(huì)讀取master節(jié)點(diǎn)上的binlog日志，然后將binlog日志發(fā)送給slave節(jié)點(diǎn)上的I/O線程。

（4）slave節(jié)點(diǎn)上的I/O線程接收到binlog日志后，會(huì)將binlog日志先寫入到本地的relaylog中，relaylog中就保存了binlog日志。

（5）slave節(jié)點(diǎn)上的SQL線程，會(huì)來(lái)讀取relaylog中的binlog日志，將其解析成具體的增刪改操作，把這些在master節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行過(guò)的操作，重新在slave節(jié)點(diǎn)上也重做一遍，達(dá)到數(shù)據(jù)還原的效果，這樣就可以保證master節(jié)點(diǎn)和slave節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)一致性了。

主從復(fù)制的有幾種模式？

mysql的主從復(fù)制，分為全同步復(fù)制、異步復(fù)制、半同步復(fù)制和增強(qiáng)半同步復(fù)制這四種。

全同步復(fù)制

首先，全同步復(fù)制，就是當(dāng)主庫(kù)執(zhí)行完一個(gè)事務(wù)之后，要求所有的從庫(kù)也都必須執(zhí)行完該事務(wù)，才可以返回處理結(jié)果給客戶端；因此，雖然全同步復(fù)制數(shù)據(jù)一致性得到保證了，但是主庫(kù)完成一個(gè)事物需要等待所有從庫(kù)也完成，性能就比較低了。

異步復(fù)制

而異步復(fù)制，當(dāng)主庫(kù)提交事物后，會(huì)通知binlog dump線程發(fā)送binlog日志給從庫(kù)，一旦binlog dump線程將binlog日志發(fā)送給從庫(kù)之后，不需要等到從庫(kù)也同步完成事務(wù)，主庫(kù)就會(huì)將處理結(jié)果返回給客戶端。

因?yàn)橹鲙?kù)只管自己執(zhí)行完事務(wù)，就可以將處理結(jié)果返回給客戶端，而不用關(guān)心從庫(kù)是否執(zhí)行完事務(wù)，這就可能導(dǎo)致短暫的主從數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題了，比如剛在主庫(kù)插入的新數(shù)據(jù)，如果馬上在從庫(kù)查詢，就可能查詢不到。

而且，當(dāng)主庫(kù)提交事物后，如果宕機(jī)掛掉了，此時(shí)可能binlog還沒(méi)來(lái)得及同步給從庫(kù)，這時(shí)候如果為了恢復(fù)故障切換主從節(jié)點(diǎn)的話，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題，所以異步復(fù)制雖然性能高，但數(shù)據(jù)一致性上是較弱的。

mysql主從復(fù)制，默認(rèn)采用的就是異步復(fù)制這種復(fù)制策略。

半同步復(fù)制

半同步復(fù)制，顧名思義就是在同步和異步中做了折中選擇，我們可以結(jié)合著MySQL官網(wǎng)來(lái)看下是半同步主從復(fù)制的過(guò)程，來(lái)看下這樣圖：

當(dāng)主庫(kù)提交事務(wù)后，至少還需要一個(gè)從庫(kù)返回接受到binlog日志，并成功寫入到relaylog的消息，這個(gè)時(shí)候，主庫(kù)才會(huì)將處理結(jié)果返回給客戶端。

相比前2種復(fù)制方式，半同步復(fù)制較好地兼顧了數(shù)據(jù)一致性以及性能損耗的問(wèn)題。

同時(shí)，半同步復(fù)制也存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

半同步復(fù)制的性能，相比異步復(fù)制而言有所下降，相比于異步復(fù)制是不需要等待任何從庫(kù)是否接收到數(shù)據(jù)的響應(yīng)，而半同步復(fù)制則需要等待至少一個(gè)從庫(kù)確認(rèn)接收到binlog日志的響應(yīng)，性能上是損耗更大的。
主庫(kù)等待從庫(kù)響應(yīng)的最大時(shí)長(zhǎng)是可以配置的，如果超過(guò)了配置的時(shí)間，半同步復(fù)制就會(huì)變成異步復(fù)制，那么，異步復(fù)制的問(wèn)題同樣也就會(huì)出現(xiàn)了。
在MySQL 5.7.2之前的版本中，半同步復(fù)制存在著幻讀問(wèn)題的。

當(dāng)主庫(kù)成功提交事物并處于等待從庫(kù)確認(rèn)的過(guò)程中，這個(gè)時(shí)候，從庫(kù)都還沒(méi)來(lái)得及返回處理結(jié)果給客戶端，但因?yàn)橹鲙?kù)存儲(chǔ)引擎內(nèi)部已經(jīng)提交事務(wù)了，所以，其他客戶端是可以到從主庫(kù)中讀到數(shù)據(jù)的。

但是，如果下一秒主庫(kù)突然掛了，就像這樣圖一樣：

此時(shí)，下一次請(qǐng)求過(guò)來(lái)，因?yàn)橹鲙?kù)掛了，就只能把請(qǐng)求切換到從庫(kù)中，因?yàn)閺膸?kù)還沒(méi)從主庫(kù)同步完數(shù)據(jù)，所以，從庫(kù)中當(dāng)然就讀不到這條數(shù)據(jù)了，和上一秒讀取數(shù)據(jù)的結(jié)果對(duì)比，就造成了幻讀的現(xiàn)象了。

增強(qiáng)半同步復(fù)制

最后，增強(qiáng)半同步復(fù)制，是mysql 5.7.2后的版本對(duì)半同步復(fù)制做的一個(gè)改進(jìn)，原理上幾乎是一樣的，主要是解決幻讀的問(wèn)題。

主庫(kù)配置了參數(shù)rpl_semi_sync_master_wait_point = AFTER_SYNC 后，主庫(kù)在存儲(chǔ)引擎提交事物前，必須先收到從庫(kù)數(shù)據(jù)同步完成的確認(rèn)信息后，才能提交事務(wù)，以此來(lái)解決幻讀問(wèn)題。

可以參考下MySQL官網(wǎng)是怎么描述增強(qiáng)半同步主從復(fù)制過(guò)程的：

主從延遲問(wèn)題和常規(guī)解決方案

主庫(kù)寫入的速度是很快的，因?yàn)橹鲙?kù)是多線程并發(fā)寫入的，但是，從庫(kù)是單線程從主庫(kù)拉取數(shù)據(jù)的，所以從庫(kù)從主庫(kù)復(fù)制數(shù)據(jù)的速度，就比較慢了，從而產(chǎn)生了主從延遲的問(wèn)題。

mysql 從 5.6版本開(kāi)始，就支持多線程復(fù)制，但是5.6版本是基于庫(kù)級(jí)別去操作，也就是說(shuō)會(huì)給每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)啟一個(gè)線程，不同庫(kù)處理時(shí)在同一時(shí)間內(nèi)是互不影響的；但是，當(dāng)業(yè)務(wù)的壓力集中到一個(gè)庫(kù)時(shí)，又會(huì)回到和單線程復(fù)制一樣的狀況了。

直到mysql 5.7版本，開(kāi)始引入了基于組提交（group_commit）的概念，這個(gè)時(shí)候才真正支持多路復(fù)制功能，官方稱為enhanced multi-threaded slave（簡(jiǎn)稱MTS），所以，推薦大家盡可能選擇MySQL 5.7之后的版本。

而主庫(kù)掛載的從庫(kù)數(shù)量過(guò)多，也會(huì)導(dǎo)致主從復(fù)制延遲的問(wèn)題，一般我們是建議一個(gè)主庫(kù)掛載從庫(kù)的數(shù)量，在3~5個(gè)比較合適。

另外，我們執(zhí)行的SQL語(yǔ)句中，如果慢SQL語(yǔ)句過(guò)多，也會(huì)導(dǎo)致主從復(fù)制延遲，比如，我們工作中會(huì)遇到批量插入的場(chǎng)景，如果一批插入的數(shù)據(jù)量過(guò)大，就容易造成執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

假如，從執(zhí)行完一份批量插入數(shù)據(jù)的SQL語(yǔ)句開(kāi)始，到在從庫(kù)上能查到這些數(shù)據(jù)的這個(gè)過(guò)程中，如果耗費(fèi)了10秒，就導(dǎo)致主從庫(kù)之間就延遲10秒了；所以，SQL優(yōu)化會(huì)是一個(gè)常態(tài)化的工作，可以通過(guò)慢SQL日志或監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)控慢SQL，如果單個(gè)數(shù)據(jù)寫入時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的話，可以將一批數(shù)據(jù)分片分批次寫入。

最后，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延遲或者機(jī)器的性能比較差，也會(huì)導(dǎo)致主從復(fù)制延遲的問(wèn)題，這種情況沒(méi)什么可說(shuō)的，及時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)提升機(jī)器性能就行了。