由MySQL复制延迟说起
作者简介
杨奇龙，网名“北在南方”，7年DBA老兵，目前任职于杭州有赞科技DBA，主要负责数据库架构设计和运维平台开发工作，擅长数据库性能调优、故障诊断。
一 序言
在运维MySQL数据库时,DBA会接收到比较多关于主备延时的报警:
check_ins_slave_lag (err_cnt:1)critical-slavelag on ins:3306=39438
相信slave延迟是MySQL DBA遇到的一个老生常谈的问题了。我们先来分析一下slave延迟带来的风险：
- 异常情况下,主从HA无法切换，HA 软件需要检查数据的一致性，延迟时，主备不一致
- 备库复制hang会导致备份失败(flush tables with read lock会900s超时）
- 以slave为基准进行的备份，数据不是最新的，而是延迟
本文主要探讨如何解决 ，如何规避slave延迟的问题，接下来我们要分析一下导致备库延迟的几种原因。
二 slave延迟的场景以及解决方法
1 无主键、无索引或索引区分度不高
有如下特征：
a. show slave status 显示position一直没有变b. show open tables 显示某个表一直是 in_use 为 1c. show create table 查看表结构可以看到无主键，或者无任何索引，或者索引区分度很差。解决方法：
a. 找到表区分度比较高的几个字段, 可以使用这个方法判断： select count(*) from xx; select count(*) from (select distinct xx from xxx) t; 如果2个查询count(*)的结果差不多，说明可以对这些字段加索引
b. 备库stop slave; 可能会执行比较久，因为需要回滚事务。
c. 备库 set global slave_rows_search_algorithms='TABLE_SCAN,INDEX_SCAN,HASH_SCAN';
或者 set sql_log_bin=0; alter table xx add key xx(xx);
d. 备库start slave
如果是innodb,可以通过show innodb status来查看 rows_inserted,updated,deleted,selected这几个指标来判断。如果每秒修改的记录数比较多，说明复制正在以比较快的速度执行。其实针对无索引的表，可以直接调整从库上的参数slave_rows_search_algorithms。
2 主库上有大事务,导致从库延时
现象解析binlog发现类似于下图的情况看：
解决方法：
事前防范，与开发沟通,增加缓存,异步写入数据库,减少业务直接对db的大事务写入。事中补救，调整数据库中io相关的参数比如innodb_flush_log_at_trx_commit和sync_binlog 或者打开并行复制功能。3 主库写入频繁,从库压力跟不上导致延时
此类原因的主要现象是数据库的IUD操作非常多，slave由于sql_thread单线程的原因追不上主库。
解决方法：
a 升级从库的硬件配置,比如ssd,fio.
b 使用@丁奇的预热工具-relay fetch 在备库sql线程执行更新之前，预先将相应的数据加载到内存中,并不能提高sql_thread线程执行sql的能力， 也不能加快io_thread线程读取日志的速度。
c 使用多线程复制 阿里MySQL团队实现的方案--基于行的并行复制。该方案允许对同一张表进行修改的两个事务并行执行，只要这两个事务修改了表中的不同的行。这个方案可以达到事务间更高的并发度，但是局限是必须使用 Row格式的binlog。因为只有使用Row格式的binlog才可以知道一个事务所修改的行的范围，而使用Statement格式的binlog只能知道修改的表对象。4 大量myisam表，在备份时导致slave延迟
由于xtrabackup工具备份到最后会执行flash tables with read lock ，对数据库进行锁表以便进行一致性备份，然后对于myisam表锁，会阻碍salve_sql_thread停滞运行进而导致hang。
该问题目前的比较好的解决方式是修改表结构为innodb存储引擎的表。
三 MySQL的改进
为了解决复制延迟的问题，MySQL也在不遗余力的解决主从复制的性能瓶颈，研发高效的复制算法。
1 基于组提交的并行复制
MySQL的复制机制大致原理是：slave通过io_thread 将主库的binlog拉到从库并写入relay log，由SQL thread读出来relay log并进行重放。当主库写入并发写入压力很大，也即N:1的情形，slave就可能会出现延迟。MySQL 5.6版本提供并行复制功能,slave复制相关的线程由io_thread,coordinator_thread,worker构成，其中:
- coordinator_thread 负责读取relay log，将读取的binlog event以事务为单位分发到各个 worker thread进行执行，并在必要时执行binlog event，比如是DDL或者跨库事务的时候。
- worker_thread:执行分配到的binlog event，各个线程之间互不影响，具体worker_thread的个数由slave_parallel_workers决定。
需要注意的是dbname与worker线程的绑定信息在一个hash表中进行维护，hash表以entry为单位，entry中记录当前entry所代表的数据库名，有多少个事务相关的已被分发，执行这些事务的worker thread等信息。
分配线程是以数据库名进行分发的，当一个实例中只有一个数据库的时候，不会对性能有提高，相反，由于增加额外的操作，性能还会有一点回退。
MySQL 5.7版本提供基于组提交的并行复制,通过设置如下参数来启用并行复制。
slave_parallel_workers>0 global.slave_parallel_type＝'LOGICAL_CLOCK'
即主库在ordered_commit中的第二阶段，将同一批commit的 binlog打上一个相同的seqno标签，同一时间戳的事务在备库是可以同时执行的，因此大大简化了并行复制的逻辑，并打破了相同DB不能并行执行的限制。备库在执行时，具有同一seqno的事务在备库可以并行的执行，互不干扰，也不需要绑定信息，后一批seqno的事务需要等待前一批相同seqno的事务执行完后才可以执行。这样的实现方式大大提高了slave应用relaylog的速度。
#默认是DATABASE模式的，需要调整或者在my.cnf中配置mysql> show variables like 'slave_parallel%';+------------------------+----------+| Variable_name | Value |+------------------------+----------+| slave_parallel_type | DATABASE || slave_parallel_workers | 4 |+------------------------+----------+2 rows in set (0.00 sec)mysql> STOP SLAVE SQL_THREAD;Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)mysql> set global slave_parallel_type='LOGICAL_CLOCK';Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)mysql> START SLAVE SQL_THREAD;Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)启用并行复制之后查看processlist，系统多了四个线程Waiting for an event from Coordinator (手机用户推荐横屏查看)
mysql> show processlist;+----+-------------+-----------------+------+---------+------+--------------------------------------------------------+------------------+| Id | User | Host | db | Command | Time | State | Info |+----+-------------+-----------------+------+---------+------+--------------------------------------------------------+------------------+| 9 | root | localhost:40270 | NULL | Query | 0 | starting | show processlist || 10 | system user | | NULL | Connect | 1697 | Waiting for master to send event | NULL || 31 | system user | | NULL | Connect | 5 | Slave has read all relay log; waiting for more updates | NULL || 32 | system user | | NULL | Connect | 5 | Waiting for an event from Coordinator | NULL || 33 | system user | | NULL | Connect | 5 | Waiting for an event from Coordinator | NULL || 34 | system user | | NULL | Connect | 5 | Waiting for an event from Coordinator | NULL || 35 | system user | | NULL | Connect | 5 | Waiting for an event from Coordinator | NULL |+----+-------------+-----------------+------+---------+------+--------------------------------------------------------+------------------+7 rows in set (0.00 sec)核心参数：
binlog_group_commit_sync_no_delay_count:一组里面有多少事物才提交,单位 (ms)binlog_group_commit_sync_delay:等待多少时间后才进行组提交2 基于写集合的并行复制
其实从MySQL5.7.22就提供基于write set的复制优化策略。WriteSet并行复制的思想是:不同事务的不同记录不重叠，则都可在从机上并行回放，可以看到并行的力度从组提交细化为记录级。不想看官方文档的话，大家可以看看姜老师的文章：
废话不多说，直接上性能压测图：
四 总结
slave延迟的原因可以归结为slave apply binlog的速度跟不上主库写入的速度，如何解决复制延迟呢？其实也是如何提高MySQL写速度的问题。从目前的硬件和软件的发展来看，硬件存储由之前的HDD机械硬盘发展到现在的SSD,PCI-E SSD,再到NVM Express(NVMe),IO性能一直在提升。MySQL的主从复制也从单线程复制到不同算法的并行复制(基于库，事务，行)，应用binlog的速度也越来越快。
本文归纳从几个常见的复制延迟场景，有可能还不完整，也欢迎大家留言讨论。
五 拓展阅读
[1] 一种MySQL主从同步加速方案－改进
https://dinglin.iteye.com/blog/1187154[2] MySQL多线程同步MySQL-Transfer介绍(已经不在维护)
https://dinglin.iteye.com/blog/1581877[3] MySQL并行复制演进及MySQL 8.0中基于WriteSet的优化
https://www.cnblogs.com/DataArt/p/10240093.html[4] 速度提升5~10倍，基于WRITESET的MySQL并行复制
[5] https://mysqlhighavailability.com/improving-the-parallel-applier-with-writeset-based-dependency-tracking/