【MySQL篇09】：binlog与主从同步（主从复制）

MySQL主从同步原理：构建高可用和读写分离的基础

MySQL主从同步，也称为主从复制，是MySQL数据库中一种非常重要的技术，它允许你将一个MySQL数据库服务器（主库，Master）的数据变更实时地同步到另一个或多个MySQL数据库服务器（从库，Replica/Slave）。

这项技术在实际应用中有着广泛的应用，主要为了解决以下几个核心问题：

1. 高可用性 : 当主库发生故障时，可以快速地将一个从库提升为新的主库，从而保证业务的连续性，减少停机时间。
2. 读写分离 x: 大部分应用场景下，读操作的频率远高于写操作。通过主从同步，可以将大量的读请求分发到从库上，减轻主库的压力，提升整体数据库的吞吐量。
3. 数据备份与灾难恢复 : 从库可以作为主库的实时备份，当主库数据丢失或损坏时，可以通过从库进行数据恢复。
4. 数据分发与报表分析 : 可以将数据同步到多个从库，用于不同的目的，例如一个从库用于读写分离，另一个从库用于报表分析，避免报表查询对主库造成性能影响。

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核心原理：基于二进制日志 (Binlog) 的事件传递

MySQL主从同步的核心思想是通过记录主库上发生的数据变更事件，并将这些事件传递给从库，让从库按照同样的顺序执行这些事件，从而达到数据一致性。这个记录数据变更事件的关键文件就是二进制日志 (Binlog)。

你可以把Binlog想象成一本详细记录了主库上所有“操作指令”的日记。每当你在主库上执行一个INSERT、UPDATE、DELETE等修改数据的SQL语句时，MySQL都会把这个操作记录到Binlog中。

主从同步的详细步骤

为了更好地理解这个过程，我们可以将其分解为三个主要步骤，并用一个简单的流程图来表示：

+-----------------+       +-------------------+       +------------------+
|   主库 (Master) |       |     网络传输       |       |  从库 (Replica)  |
|                 |       |                   |       |                  |
| 1. 事务提交     | ----> | 2. 读取 Binlog     | ----> | 3. 写入 Relay Log|
|    记录 Binlog  |       |  发送 Binlog Event |       |                  |
|                 |       |                   |       | 4. 重做 Relay Log|
|                 |       |                   |       |    应用到数据    |
+-----------------+       +-------------------+       +------------------+

下面我们来详细解释每一个步骤：

步骤 1: 主库记录 Binlog

• 触发时机: 当主库上的一个事务成功提交时，MySQL会将该事务中所有对数据进行的修改操作记录到 Binlog 文件中。
• Binlog 的内容: Binlog 记录的不是SQL语句本身，而是数据变更事件 (Binlog Event)。这些事件包含了修改了哪些数据、修改后的值是什么等信息。Binlog 有不同的格式，常见的有 Statement、Row 和 Mixed 格式，其中 Row 格式记录的是行级别的变更，是最常用也是最推荐的格式，因为它能保证更准确的复制。
• 重要性: Binlog 是主从同步的基础，如果 Binlog 丢失或损坏，将导致主从数据不一致。

步骤 2: 从库读取主库的 Binlog 并写入中继日志

• 角色: 在从库上，有两个关键的线程在工作：
  • I/O 线程 (I/O Thread): 这个线程负责连接到主库，并请求主库发送 Binlog 事件。它会不断地从主库读取 Binlog 文件，并将读取到的事件写入到从库本地的一个特殊文件，称为中继日志 (Relay Log)。
  • 主库的 Binlog 发送线程 (Binlog Dump Thread): 在主库上，有一个专门的线程负责响应从库的 I/O 线程的请求，并将 Binlog 事件发送给从库。
• 过程: I/O 线程会记录自己已经读取到主库 Binlog 的哪个位置（文件名和偏移量）。当主库有新的 Binlog 事件产生时，I/O 线程会感知到并将其拉取到本地，然后写入到 Relay Log 中。
• Relay Log 的作用: Relay Log 相当于从库本地的一个临时缓存，用于存储从主库拉取过来的 Binlog 事件，等待 SQL 线程进行重做。

步骤 3: 从库重做中继日志中的事件

• 角色: 在从库上，还有一个重要的线程：
  • SQL 线程 (SQL Thread): 这个线程负责读取 Relay Log 中的事件，并按照事件的顺序在从库上执行这些操作，从而将数据变更反映到从库的数据库中。
• 过程: SQL 线程会按照 Relay Log 中记录的事件顺序，逐个执行这些事件。例如，如果 Relay Log 中记录了一个 INSERT 事件，SQL 线程就会在从库上执行相应的 INSERT 操作。
• 数据一致性: 通过重做 Relay Log 中的事件，从库最终会达到与主库相同的数据状态，实现数据的一致性。

通俗易懂的类比

你可以将主从同步想象成以下场景：

• 主库 (Master): 想象一下你正在写一本非常重要的日记 (Binlog)，记录了你每天做的所有重要的事情 (数据变更事件)。
• 从库 (Replica): 你的朋友 (从库) 想要知道你每天做了什么，所以他会定期来你这里，把你的日记内容抄写到他自己的笔记本 (Relay Log) 上。
• I/O 线程: 你的朋友负责抄写日记的人。
• SQL 线程: 你的朋友抄写完日记后，会按照日记的内容，在他自己的生活中重复一遍你做的事情，这样他和你做的事情就一样了，你们俩的状态也就同步了。

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总结

MySQL主从同步的核心原理就是通过主库记录 Binlog，从库通过 I/O 线程拉取 Binlog 并写入 Relay Log，最后由 SQL 线程重做 Relay Log 中的事件，从而实现数据的同步。