MySQL 5.7 深度解析: 半同步复制技术

复制架构衍生史

在谈这个特性之前，我们先来看看MySQL的复制架构衍生史。 MySQL的复制分为四种：

1. 普通的replication，异步同步。 搭建简单，使用非常广泛，从mysql诞生之初，就产生了这种架构，性能非常好，可谓非常成熟。 但是这种架构数据是异步的，所以有丢失数据库的风险。
2. semi-sync replication，半同步。性能，功能都介于异步和全同步中间。从mysql5.5开始诞生，目的是为了折中上述两种架构的性能以及优缺点。
3. sync replication，全同步。目前官方5.7基于Group replication的全同步技术处在labs版本，离正式集成已经不远。全同步技术带来了更多的数据一致性保障。相信是未来同步技术一个重要方向，值得期待。
4. mysql cluster。 基于NDB引擎，搭建也简单，本身也比较稳定，是mysql里面对数据保护最靠谱的架构，也是目前唯一一个数据完全同步的架构，数据零丢失。不过对业务比较挑剔，限制也较多。

半同步复制

我们今天谈论第二种架构。我们知道，普通的replication，即mysql的异步复制，依靠mysql二进制日志也即binary log进行数据复制。比如两台机器，一台主机(master)，另外一台是从机(slave)。

1. 正常的复制为：事务一（t1）写入binlog buffer；dumper 线程通知slave有新的事务t1；binlog buffer 进行checkpoint；slave的io线程接收到t1并写入到自己的的relay log；slave的sql线程写入到本地数据库。 这时，master和slave都能看到这条新的事务，即使master挂了，slave可以提升为新的master。
2. 异常的复制为：事务一（t1）写入binlog buffer；dumper 线程通知slave有新的事务t1；binlog buffer 进行checkpoint；slave因为网络不稳定，一直没有收到t1；master 挂掉，slave提升为新的master，t1丢失。
3. 很大的问题是：主机和从机事务更新的不同步，就算是没有网络或者其他系统的异常，当业务并发上来时，slave因为要顺序执行master批量事务，导致很大的延迟。

为了弥补以上几种场景的不足，mysql从5.5开始推出了半同步。即在master的dumper线程通知slave后，增加了一个ack，即是否成功收到t1的标志码。也就是dumper线程除了发送t1到slave，还承担了接收slave的ack工作。如果出现异常，没有收到ack，那么将自动降级为普通的复制，直到异常修复。

（加：）半同步复制模式可以确保从服务器接收完主服务器发送的binlog日志文件并写入自己的中继日志relay log里，然后会给主服务器一个反馈，告诉对方已经接收完毕，这时主库线程才返回给当前session告知操作完成。当出现超时情况时，源主服务器会暂时切换到异步复制模式，直到至少有一台设置为半同步复制模式的从服务器及时收到信息为止。

我们可以看到半同步带来的新问题：

1. 如果异常发生，会降级为普通的复制。 那么从机出现数据不一致的几率会减少，并不是完全消失。
2. 主机dumper线程承担的工作变多了，这样显然会降低整个数据库的性能。
3. 在MySQL 5.5和5.6使用after_commit的模式下, 即如果slave 没有收到事务，也就是还没有写入到relay log 之前，网络出现异常或者不稳定，此时刚好master挂了，系统切换到从机，两边的数据就会出现不一致。 在此情况下，slave会少一个事务的数据。

随着MySQL 5.7版本的发布，半同步复制技术升级为全新的Loss-less Semi-Synchronous Replication架构，其成熟度、数据一致性与执行效率得到显著的提升。

MySQL 5.7数据复制效率的改进

主从一致性加强, 支持在事务commit前等待ACK

(mysql5.5版本的半同步复制与5.7的区别是commit后等待ACK)

新版本的semi sync 增加了rpl_semi_sync_master_wait_point参数, 来控制半同步模式下主库在返回给会话事务成功之前提交事务的方式。

该参数有两个值：

1. AFTER_COMMIT（5.6默认值）

   master将每个事务写入binlog ,传递到slave 刷新到磁盘(relay log)，同时主库提交事务。master等待slave 反馈收到relay log，只有收到ACK后master才将commit OK结果反馈给客户端。

   

2. AFTER_SYNC（5.7默认值，但5.6中无此模式）

   master 将每个事务写入binlog , 传递到slave 刷新到磁盘(relay log)。master等待slave 反馈接收到relay log的ack之后，再提交事务并且返回commit OK结果给客户端。 即使主库crash，所有在主库上已经提交的事务都能保证已经同步到slave的relay log中。

   

   因此5.7引入了after_sync模式，带来的主要收益是解决after_commit导致的master crash主从间数据不一致问题，因此在引入after_sync模式后，所有提交的数据已经都被复制，故障切换时数据一致性将得到提升。

性能提升, 支持发送binlog和接受ack的异步化

旧版本的semi sync 受限于dump thread ，原因是dump thread 承担了两份不同且又十分频繁的任务：传送binlog 给slave ，还需要等待slave反馈信息，而且这两个任务是串行的，dump thread 必须等待 slave 返回之后才会传送下一个 events 事务。dump thread 已然成为整个半同步提高性能的瓶颈。在高并发业务场景下，这样的机制会影响数据库整体的TPS 。

为了解决上述问题，在5.7版本的semi sync 框架中，独立出一个 ack collector thread ，专门用于接收slave 的反馈信息。这样master 上有两个线程独立工作，可以同时发送binlog 到slave ，和接收slave的反馈。

性能提升, 控制主库接收slave 写事务成功反馈数量

MySQL 5.7 新增了rpl_semi_sync_master_wait_slave_count参数，可以用来控制主库接受多少个slave写事务成功反馈，给高可用架构切换提供了灵活性。
如图所示，当count值为2时，master需等待两个slave的ack。

性能提升, Binlog 互斥锁改进

旧版本半同步复制在主提交binlog的写会话和dump thread读binlog的操作都会对binlog添加互斥锁，导致binlog文件的读写是串行化的，存在并发度的问题。

MySQL 5.7 对binlog lock进行了以下两方面优化:
1. 移除了dump thread对binlog的互斥锁
2. 加入了安全边际保证binlog的读安全

性能提升, 组提交

MySQL 5.7 引入了新的变量slave-parallel-type，其可以配置的值有：
1. DATABASE （5.7之前默认值），基于库的并行复制方式；
2. LOGICAL_CLOCK （5.7新增值），基于组提交的并行复制方式；

MySQL 5.6版本也支持所谓的并行复制，但是其并行只是基于DATABASE的，也就是基于库的。如果用户的MySQL数据库实例中存在多个DATABASE ，对于从机复制的速度的确可以有比较大的帮助，如果用户实例仅有一个库，那么就无法实现并行回放，甚至性能会比原来的单线程更差。

MySQL5.7中增加了一种新的并行模式：为同时进入COMMIT阶段的事务分配相同的序列号，这些拥有相同序列号的事务在备库是可以并发执行的。

MySQL 5.7真正实现的并行复制，这其中最为主要的原因就是slave服务器的回放与主机是一致的即master服务器上是怎么并行执行的slave上就怎样进行并行回放。不再有库的并行复制限制，对于二进制日志格式也无特殊的要求（基于库的并行复制也没有要求）。

因此下面的序列中可以并发的序列为（其中前面一个数字为last_committed ，后面一个数字为sequence_number ）：

trx1 1…..2
trx2 1………….3
trx3 1…………………….4
trx4        2……………………….5
trx5               3…………………………..6
trx6                     3………………………………7
trx7                            6………………………………..8

备库并行规则：当分发一个事务时，其last_committed 序列号比当前正在执行的事务的最小sequence_number要小时，则允许执行。因此:
1. trx1执行，last_commit<2的可并发，trx2, trx3可继续分发执行
2. trx1执行完成后，last_commit < 3的可以执行， trx4可分发
3. trx2执行完成后，last_commit < 4的可以执行， trx5, trx6可分发
4. trx3、trx4、trx5完成后，last_commit < 7的可以执行，trx7可分发

综述

我们认为MySQL 5.7版对半同步复制技术的优化，使得其成熟度和执行效率都得到了质的提高。我们建议在使用MySQL 5.7作为生产环境的部署时，可以使用半同步技术作为高可用与读写分离方案的数据复制方案。

参考资料：http://www.actionsky.com/docs/archives/129