Mysql主从复制和读写分离方案分析

- 日理万妓 2022-06-12 06:09 149阅读 0赞

## 引子 ##

最近在研究Web服务端负载均衡方面的技术，参考网上资料，总体思路可以分为如下几类：  
1.应用服务器集群，典型的代表就是Nginx+Tomcat实现负载均衡；  
2.数据库集群。   
本文主要关注数据库集群。

## 实现思路 ##

1.应用层解决方案  
通过应用层对数据源做路由来实现读写分离，项目是SpringMVC+myBatis，SQL路由交给Spring，通过AOP或者Annotation由代码显示的控制Datasource。  
优点是路由策略的扩展性和可控性较强。  
缺点是耦合到Spring；需要加入控制代码。  
2.中间件解决方案  
通过mysql中间件做主从集群，Mysql Proxy、Amoeba、Atlas等中间件貌似都能符合需求。  
优点是与应用层解耦。  
缺点是增加一个服务维护的风险点，性能及稳定性待测试，需要支持代码强制主从和事务。  
3.驱动解决方案  
Mysql自带的ReplicationDriver提供主从库访问的驱动，是通过保持多个数据源的链接并根据ReadOnly True/False来选择数据源。相当于应用层解决方案的一个现有实现，扩展性更弱。并且貌似不能使用其他驱动。由于耦合较高暂不考虑。

### 三种实现思路关键技术 ###

1.在应用层使用Spring对数据源做路由，关键字：Spring AOP；  
2.增加中间代理层，Amoeba就属于这种情况，此外还有Mysql官方提供的Mysql Proxy；  
3.在驱动层使用Mysql提供的主从库访问驱动，直接与数据库连接驱动耦合，扩展性弱，目前还未做原型尝试。  
综合上述分析，考虑到需要与应用层解耦，现采用中间件解决方案，使用Amoeba做SQL路由，实现数据库读写分离。  
既然选择使用Amoeba，让我们先了解什么是Amoeba？它能做什么？要怎么做？最后再看看它不能做什么。

## Amoeba ##

### Amoeba是什么 ###

Amoeba(变形虫)项目,该开源框架于2008年开始发布一款Amoeba for Mysql软件。详细资料可参阅[Amoeba][]官方文档（国内或许不能访问）。

### Amoeba能做什么 ###

Amoeba致力于MySQL的分布式数据库前端代理层，它主要在应用层访问MySQL的时候充当SQL路由功能，专注于分布式数据库代理层 （Database Proxy）开发。座落与 Client、DB Server(s)之间，对客户端透明。具有负载均衡、高可用性、SQL过滤、读写分离、可路由相关的到目标数据库、可并发请求多台数据库合并结果。 通过Amoeba你能够完成多数据源的高可用、负载均衡、数据切片的功能。

### Amoeba不能做什么 ###

既然知道Amoeba能为我们解决什么问题，也要做到Amoeba不擅长的事情。这样在具体项目技术方案选择时，方能权衡考虑。Amoeba对于以下几点暂时无能为力：   
1.目前还不支持事务；  
2.暂时不支持存储过程，官方说近期会支持；  
3.不适合从Amoeba导数据的场景或者对大数据量查询的query并不合适，比如一次请求返回10w以上甚至更多数据的场合；  
4.暂时不支持分库分表，amoeba目前只做到分数据库实例，每个被切分的节点需要保持库表结构一致。  
若实际项目中所需要的功能正式Amoeba的短板，建议使用Mysql Proxy作为中间件，或者在应用层通过程序控制数据源，手动实现数据库读写分离。

## 原型环境 ##

1.服务器A  
IP: 1XX.XX.XX.181  
运行Mysql主数据库和Amoeba。  
2.服务器B  
IP: 1XX.XX.XX.182  
运行Mysql从数据库。  
3.服务器C  
IP: 1XX.XX.XX.183   
运行Mysql从数据库。  
OS版本。

[root@chenllcentos ~]# cat /etc/redhat-release 
    CentOS release 6.5 (Final)

## 具体实现 ##

Mysql数据库读写分离的具体实现主要包括两个部分配置，即数据主从复制和Amoeba代理，现分别进行介绍。

### 主从复制 ###

为什么要进行主从复制呢，其实很容易理解，因为数据要同步啊。  
查看服务器A是否已经安装Mysql数据库。

[root@chenllcentos ~]# rpm -aq | grep mysql

若无消息显示，则进行Mysql安装，否则跳过此步骤。

yum install -y mysql-server mysql mysql-devel mysql-libs

Mysql安装完毕，默认开机不启动Mysql服务。

[root@chenllcentos ~]# chkconfig --list | grep mysqld
    mysqld          0:关闭    1:关闭    2:关闭    3:关闭    4:关闭    5:关闭    6:关闭

现在我们更改下配置，让Mysql开机启动。

[root@chenllcentos ~]# chkconfig mysqld on
    [root@chenllcentos ~]# chkconfig --list | grep mysqld
    mysqld          0:关闭    1:关闭    2:启用    3:启用    4:启用    5:启用    6:关闭

接下来，设置Mysql账户密码。

[root@chenllcentos ~]# mysqladmin -u root password 'yourpassword'

此时,可以用刚才设置的账户密码登陆数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword

至此，Mysql数据库安装成功。同样的，对服务器B和服务器C安装Mysql数据库，此处略去。接下来，开始进行数据库主从复制的配置。  
1.主数据库配置  
修改主数据库配置文件my.cnf。

[root@chenllcentos ~]# vi /etc/my.cnf

新增如下标注内容：

[mysqld]
    max_connections=1000
    
    binlog-ignore-db=mysql #新增
    binlog-ignore-db=information_schema #新增
    
    log-bin=mysql-bin #新增
    server-id=1 #新增
    
    datadir=/var/lib/mysql
    socket=/var/lib/mysql/mysql.sock
    user=mysql
    # Disabling symbolic-links is recommended to prevent assorted security risks
    symbolic-links=0
    
    [mysqld_safe]
    log-error=/var/log/mysqld.log
    pid-file=/var/run/mysqld/mysqld.pid

关于新增的几项配置，有什么作用呢？其中binlog-ignore-db用来指定忽略同步的数据库，未指定的默认都进行主从复制。log-bin 指定数据库操作日志，主从复制的过程本质就是从数据库在主数据库读取该日志文件，并且再执行一次。server-id只要满足在数据库集群中不重复即可。  
保存退出，重启Mysqld服务，使配置生效。额外提个原则，凡是修改到配置文件，最好都重启该配置相关的程序或服务。

[root@chenllcentos ~]# service mysqld restart
    停止 mysqld：                                              [确定]
    正在启动 mysqld：                                          [确定]

登陆主数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword

查看主数据库master状态。

mysql> show master status\G
    *************************** 1. row ***************************
                File: mysql-bin.000015
            Position: 106
        Binlog_Do_DB: 
    Binlog_Ignore_DB: mysql,information_schema

可以看出，Binlog\_Ignore\_DB显示的信息就是刚才我们在配置文件所配置的信息。此外，还有两个重要的参数需要记下：mysql-bin.000015和106。从数据库就是根据这两个参数，完成主从复制，以达到数据同步的效果。  
从数据库要读取主数据库日志文件，需要主数据开放授权用户。

mysql> GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* to 'slave'@'1XX.XX.XX.182' identified by 'root'
    mysql> GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* to 'slave1'@'1XX.XX.XX.183' identified by 'root'

进行从数据库配置时，将使用到这两个授权用户。

出于数据安全性考虑，Mysql提供访问权限控制，若以主机的方式远程访问数据库，需要开启相应权限。

mysql> GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'root'@'1XX.XX.XX.181' IDENTIFIED BY 'root' WITH GRANT OPTION;
    mysql> FLUSH PRIVILEGES;
    mysql> GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'root'@'1XX.XX.XX.182' IDENTIFIED BY 'root' WITH GRANT OPTION;
    mysql> FLUSH PRIVILEGES;
    mysql> GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'root'@'1XX.XX.XX.183' IDENTIFIED BY 'root' WITH GRANT OPTION;
    mysql> FLUSH PRIVILEGES;

最后，还需要修改iptables，对数据库端口3306放行。

[root@chenllcentos ~]# vi /etc/sysconfig/iptables

新增如下语句：

# 放行Mysql端口
    -A INPUT -m state --state NEW -m tcp -p tcp --dport 3306 -j ACCEPT

至此，完成主数据库配置。接下来，让我们进行从数据库配置。

2.从数据库配置  
从数据库配置相对主数据配置相对简单，主要包括配置文件修改和主从复制设置。现以服务器B为例进行说明。   
修改从数据库配置文件。

[mysqld]
    max_connections=1000
    
    server-id=2 #新增
    
    datadir=/var/lib/mysql
    socket=/var/lib/mysql/mysql.sock
    user=mysql
    # Disabling symbolic-links is recommended to prevent assorted security risks
    symbolic-links=0
    
    [mysqld_safe]
    log-error=/var/log/mysqld.log
    pid-file=/var/run/mysqld/mysqld.pid

设置主从数据库同步点。

mysql> change master to master_host='1XX.XX.XX.181',master_user='slave',master_password='root',master_log_file='mysql-bin.000015',master_log_pos=106;

还记得mysql-bin.000015和106这两个参数吗？没错，就是我们在主数据库查看master状态所显示的信息。  
启动主从复制。

mysql> slave start;

查询slave状态。

mysql> show slave status\G
    *************************** 1. row ***************************
                   Slave_IO_State: Waiting for master to send event
                      Master_Host: 1XX.XX.XX.181
                      Master_User: slave
                      Master_Port: 3306
                    Connect_Retry: 60
                  Master_Log_File: mysql-bin.000015
              Read_Master_Log_Pos: 106
                   Relay_Log_File: mysqld-relay-bin.000005
                    Relay_Log_Pos: 251
            Relay_Master_Log_File: mysql-bin.000015
                 Slave_IO_Running: Yes
                Slave_SQL_Running: Yes
                  Replicate_Do_DB: 
              Replicate_Ignore_DB: 
               Replicate_Do_Table: 
           Replicate_Ignore_Table: 
          Replicate_Wild_Do_Table: 
      Replicate_Wild_Ignore_Table: 
                       Last_Errno: 0
                       Last_Error: 
                     Skip_Counter: 0
              Exec_Master_Log_Pos: 106
                  Relay_Log_Space: 758
                  Until_Condition: None
                   Until_Log_File: 
                    Until_Log_Pos: 0
               Master_SSL_Allowed: No
               Master_SSL_CA_File: 
               Master_SSL_CA_Path: 
                  Master_SSL_Cert: 
                Master_SSL_Cipher: 
                   Master_SSL_Key: 
            Seconds_Behind_Master: 0
    Master_SSL_Verify_Server_Cert: No
                    Last_IO_Errno: 0
                    Last_IO_Error: 
                   Last_SQL_Errno: 0
                   Last_SQL_Error:

只有当Slave\_IO\_Running和Slave\_SQL\_Running都显示Yes时，才表示主从复制配置成功。否则失败，检查上述配置过程。  
服务器C从数据库的配置过程类似，此处略去。

### 主从复制验证 ###

首先，在主数据建立一个demo数据库，看两个从数据库是否会自动进行复制。  
在服务器A登录主数据库，查看现有数据库。

现在，新增一个测试数据库demo。

mysql> create database demo;

接下来，分别登录服务器B和服务器C的从数据库，查询数据库。

可以发现，当主数据库发生改动，从数据库会相应同步，并且同步的过程是异步进行的。因此，可以验证我们配置的主从复制已经生效。

### Amoeba数据库代理 ###

Amoeba作为数据库代理，以中间件的形式存在，拓扑图如下所示：

[![Mysql主从复制和读写分离方案分析][Mysql]][Mysql_Mysql]图片来源于Amoeba官网。

目前Amoeba for Mysql最新版本为[amoeba-mysql-3.0.5-RC-distribution.zip][]。  
安装过程很简单，只需要将zip压缩包解压至/usr/local/即可。若没有安装zip和unzip，可以通过centOS yum安装。

[root@chenllcentos ~]# yum -y install zip unzip

接下来，解压Amoeba压缩包。

[root@chenllcentos ~]# unzip amoeba-mysql-3.0.5-RC-distribution.zip
    [root@chenllcentos ~]# cp -rf amoeba-mysql-3.0.5-RC /usr/local

启动Amoeba。

[root@chenllcentos ~]# /usr/local/amoeba-mysql-3.0.5-RC/bin/launcher

但是提示出现fatal exception：

The stack size specified is too small, Specify at least 228k
    Error: Could not create the Java Virtual Machine.
    Error: A fatal exception has occurred. Program will exit.

从错误文字上看，应该是由于stack size太小，导致JVM启动失败，要如何修改呢？  
其实Amoeba已经考虑到这个问题，并将JVM参数配置写在属性文件里。现在，让我们通过该属性文件修改JVM参数。  
修改jvm.properties文件JVM\_OPTIONS参数。

[root@chenllcentos ~]# vi /usr/local/amoeba-mysql-3.0.5-RC/jvm.properties

将内容：

JVM_OPTIONS="-server -Xms256m -Xmx1024m -Xss196k -XX:PermSize=16m -XX:MaxPermSize=96m"

替换为：

JVM_OPTIONS="-server -Xms1024m -Xmx1024m -Xss256k -XX:PermSize=16m -XX:MaxPermSize=96m"

再次启动Amoeba。

[root@chenllcentos ~]# /usr/local/amoeba-mysql-3.0.5-RC/bin/launcher

若使用Amoeba完成读写分离，需要分别对dbServers.xml和amoeba.xml两个配置文件进行配置。与在应用层实现读写分离不同，使用Amoeba实现读写分离只需要修改配置文件，并不会产生硬编码耦合，有利于系统扩展和维护。

首先是配置dbServers.xml，主要是配置真实Mysql数据库连接信息。

<?xml version="1.0" encoding="gbk"?>

<!DOCTYPE amoeba:dbServers SYSTEM “dbserver.dtd”> <amoeba:dbServers xmlns:amoeba=“[http://amoeba.meidusa.com/][http_amoeba.meidusa.com]”>

<dbServer name="abstractServer" abstractive="true">
        <factoryConfig class="com.meidusa.amoeba.mysql.net.MysqlServerConnectionFactory">
            <property name="connectionManager">${defaultManager}</property>
            <property name="sendBufferSize">64</property>
            <property name="receiveBufferSize">128</property>
    
            
            
            <property name="port">3306</property>
    
            
            
            <property name="schema">test</property>
    
            
            <property name="user">root</property>
    
            <property name="password">root</property>
        </factoryConfig>
    
        <poolConfig class="com.meidusa.toolkit.common.poolable.PoolableObjectPool">
            <property name="maxActive">500</property>
            <property name="maxIdle">500</property>
            <property name="minIdle">1</property>
            <property name="minEvictableIdleTimeMillis">600000</property>
            <property name="timeBetweenEvictionRunsMillis">600000</property>
            <property name="testOnBorrow">true</property>
            <property name="testOnReturn">true</property>
            <property name="testWhileIdle">true</property>
        </poolConfig>
    </dbServer>
    
    
    <dbServer name="master"  parent="abstractServer">
        <factoryConfig>
            
            
            <property name="ipAddress">1XX.XX.XX.181</property>
        </factoryConfig>
    </dbServer>
    
    
    <dbServer name="slave"  parent="abstractServer">
        <factoryConfig>
            
            
            <property name="ipAddress">1XX.XX.XX.182</property>
        </factoryConfig>
    </dbServer>
    
    
    <dbServer name="slave1"  parent="abstractServer">
            <factoryConfig>
                    
                    
                    <property name="ipAddress">1XX.XX.XX.183</property>
            </factoryConfig>
        </dbServer>

1XX.XX.XX.181

1XX.XX.XX.185

<dbServer name="readPool" virtual="true">
        <poolConfig class="com.meidusa.amoeba.server.MultipleServerPool">
            
            <property name="loadbalance">1</property>
    
            
            <property name="poolNames">slave,slave1</property>
        </poolConfig>
    </dbServer>

</amoeba:dbServers>

可以看出，对dbServers.xml文件的配置，主要就是对dbServer节点的配置。其中，readPool节点需要特别注意，因为Amoeba实现读写分离就是根据它来实现。  
接下来是amoeba.xml，主要是配置代理数据库连接信息。

<?xml version="1.0" encoding="gbk"?>
    
    <!DOCTYPE amoeba:configuration SYSTEM "amoeba.dtd">
    <amoeba:configuration xmlns:amoeba="http://amoeba.meidusa.com/">
    
        <proxy>
    
            
            <service name="Amoeba for Mysql" class="com.meidusa.amoeba.mysql.server.MySQLService">
                
                <property name="port">8066</property>
    
                
                
    
                <property name="connectionFactory">
                    <bean class="com.meidusa.amoeba.mysql.net.MysqlClientConnectionFactory">
                        <property name="sendBufferSize">128</property>
                        <property name="receiveBufferSize">64</property>
                    </bean>
                </property>
    
                <property name="authenticateProvider">
                    <bean class="com.meidusa.amoeba.mysql.server.MysqlClientAuthenticator">
    
                        <property name="user">root</property>
    
                        <property name="password">aroot</property>
    
                        <property name="filter">
                            <bean class="com.meidusa.toolkit.net.authenticate.server.IPAccessController">
                                <property name="ipFile">${amoeba.home}/conf/access_list.conf</property>
                            </bean>
                        </property>
                    </bean>
                </property>
    
            </service>
    
            <runtime class="com.meidusa.amoeba.mysql.context.MysqlRuntimeContext">
    
                
                <property name="executeThreadSize">128</property>
    
                
                <property name="statementCacheSize">500</property>
    
                
                <property name="serverCharset">utf8</property>
    
                
                <property name="queryTimeout">60</property>
            </runtime>
    
        </proxy>
    
        
        <connectionManagerList>
            <connectionManager name="defaultManager" class="com.meidusa.toolkit.net.MultiConnectionManagerWrapper">
                <property name="subManagerClassName">com.meidusa.toolkit.net.AuthingableConnectionManager</property>
            </connectionManager>
        </connectionManagerList>
    
            
        <dbServerLoader class="com.meidusa.amoeba.context.DBServerConfigFileLoader">
            <property name="configFile">${amoeba.home}/conf/dbServers.xml</property>
        </dbServerLoader>
    
        <queryRouter class="com.meidusa.amoeba.mysql.parser.MysqlQueryRouter">
            <property name="ruleLoader">
                <bean class="com.meidusa.amoeba.route.TableRuleFileLoader">
                    <property name="ruleFile">${amoeba.home}/conf/rule.xml</property>
                    <property name="functionFile">${amoeba.home}/conf/ruleFunctionMap.xml</property>
                </bean>
            </property>
            <property name="sqlFunctionFile">${amoeba.home}/conf/functionMap.xml</property>
            <property name="LRUMapSize">1500</property>
            <property name="defaultPool">master</property>
    
            <property name="writePool">master</property>
            <property name="readPool">readPool</property>
    
            <property name="needParse">true</property>
        </queryRouter>
    </amoeba:configuration>

在amoeba.xml中，主要完成连接信息和SQL路由配置。在queryRouter节点中，通过配置writePool和readPool可以实现读写分离。  
配置完成后，重启Amoeba。

[root@chenllcentos ~]# /usr/local/amoeba-mysql-3.0.5-RC/bin/shutdown
    [root@chenllcentos ~]# /usr/local/amoeba-mysql-3.0.5-RC/bin/launcher

至此，Mysql主从复制和使用Amoeba实现数据库读写分离全部配置完成。

### 读写分离验证 ###

接下来，进行简单测试，验证以上配置是否能够正确运行。  
登录master主数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword -h1XX.XX.XX.181 -P8066

额外说明下，此处的yourpassword是连接Amoeba的密码，也就是在amoeba.xml配置文件中配置的密码，与Mysql密码不同，需要注意。  
登陆后，此时会提示以下信息。

Server version: 5.1.45-mysql-amoeba-proxy-3.0.4-BETA Source distribution

说明已经成功连接Mysql代理Amoeba。  
为了验证Amoeba读写分离配置是否生效，我们做一个简单的测试。  
先在181服务器master服务器上创建一个表。

mysql> create table sxit (id int(10) ,name varchar(10));

而后，分别停止服务器B和服务器C两个从数据库的主从复制，便于数据库操作观察。  
登陆服务器B从数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword

停止从数据库主从复制。

mysql> slave stop;

登陆服务器C从数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword

停止从数据库主从复制。

mysql> slave stop;

在主数据库插入。

mysql> insert into sxit values('1','zhangsan');

在从数据库B插入。

mysql> insert into sxit values('2','lisi');

在从数据库C插入。

mysql> insert into sxit values('3','john');

登陆到amoeba服务器,进行读写分离的测试:

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword -h1XX.XX.XX.181 -P8066
    mysql> use test;
    mysql> select * from sxit;
    +------+------+
    | id   | name |
    +------+------+
    |    2 | lisi |
    +------+------+
    mysql> select * from sxit;
    +------+------+
    | id   | name |
    +------+------+
    |    3 | john |
    +------+------+

重复执行多次，发现始终只显示从数据库的数据，说明如果进行数据库读操作，Amoeba只将读数据SQL命令路由至从数据库。  
登录主数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword 
    mysql> use test;
    mysql> select * from sxit;
    +------+----------+
    | id   | name     |
    +------+----------+
    |    1 | zhangsan |
    +------+----------+

可以验证，使用Amoeba对Mysql读写分离成功。若此时开启从数据库主从复制，则可以进行Mysql集群和负载均衡。

## 小结 ##

使用Amoeba做数据库代理，对于应用层来说是透明的。所谓透明，可以这么简单理解，是否使用代理，在应用层编码上是没有任何区别的，即使用代理的情况下，应用层和数据层能够保持高度解耦。

原文地址： [http://runnerfish.github.io/blog/2014/11/05/mysql-read-write/][http_runnerfish.github.io_blog_2014_11_05_mysql-read-write]

[Amoeba]: http://docs.hexnova.com/amoeba/what-is.html
[Mysql]: http://static.open-open.com/lib/uploadImg/20150324/20150324153918_458.png
[Mysql_Mysql]: /images/20220612/c4751306413145fca902852c65395ab3.png
[amoeba-mysql-3.0.5-RC-distribution.zip]: http://sourceforge.net/projects/amoeba/files/
[http_amoeba.meidusa.com]: http://amoeba.meidusa.com/
[http_runnerfish.github.io_blog_2014_11_05_mysql-read-write]: http://runnerfish.github.io/blog/2014/11/05/mysql-read-write/