MySQL数据库架构——高可用演进

MySQL发展至今，在高可用性方面不断前进，从最初的异步复制、半同步复制、群组复制，演进到现在的InnoDB Cluster和InnoDB Replica Set。在这一篇里将说明各种高可用架构以及其适用的场景。

MySQL Replication

经典的主从复制，需要多个步骤手动进行配置。例如，用户管理，备份恢复，配置复制......。MySQL仅提供了核心功能，整体架构需要用户自己决定（大部分情况下需要定制）。在这种情况下，组织或者公司需要使用不同的技术组件，技术专家或DBA需要将大量的工作和时间投入到自动化处理。

MySQL InnoDB Cluster

2016年，MySQL推出了MySQL InnoDB Cluster，InnoDB Cluster主要包括MySQL Group Replication（群组成员变化管理、网络分区控制、集群范围一致性......），MySQL Shell（强有力的接口，自动化整合全部的组件），MySQL Router（应用透明路由、负载均衡、自动应用故障转移......）以及MySQL Clone（自动化部署成员，完全整合至InnoDB Cluster）。

MySQL InnoDB Replica Set

2020年，MySQL推出MySQL InnoDB Replica Set。该功能基于经典的主从复制，完全整合MySQL Shell 和 MySQL Router。

上面简要介绍了MySQL高可用的过去和现在的解决方案，下面将详细地介绍InnoDB Cluster和InnoDB Replica Set。

MySQL InnoDB Cluster是MySQL的一体化产品解决方案，具有高可用性和可伸缩性的特点，组件包括MySQL Server、MySQL Shell、MySQL Router和MySQL Group Replication。它的目标是提供一个MySQL一体化产品，全部的组件统一开发，整合全部的组件，并进行全栈测试。此外，简单易用也是该产品的特色，使用一个统一的客户端MySQL Shell统一进行集群编排和管理。

MySQL Group Replication是分布式高可用MySQL数据库，具有容错、自动故障转移、多节点更新、自动成员管理、冲突检测/解决以及防止数据丢失功能。它是复制数据库状态机理论的实现，能够保证整体写入顺序，保证一致性。集群范围内最终一致，如果使用8.0.14之后的MySQL可以实现会话和全局范围的读写强一致性。MySQL5.7版本将这个功能GA，并支持全部的MySQL平台，包括Linux、Windows、Solaris、macOS 、FreeBSD等。

MySQL Group Replication可以用于如下场景：

一致性：数据零丢失（RPO=0）

• 主要成员故障时，数据不会丢失。
• 防止网络分区，通过大多数在线原则防止网络分区。

高可用性：自动故障转移

• 自动选取主要成员
• 自动控制网络分区

读取扩展：

• 按需增加/删除节点
• 使用流程控制处理延迟
• 可配置一致性级别
  • 最终一致
  • 完整一致性

主主环境：

• 同时写入多个成员
  • 组内顺序写入（XCOM，PAXOS理论的实现）
  • 保证一致性
• 写入性能良好
  • 乐观锁（取件于工作负载）

MySQL Router

透明访问数据库的架构，在应用程序和后端的MySQL数据库之间提供透明的路由连接。

• 透明客户端连接路由
  • 负责均衡
  • 应用程序连接故障转移
  • 配置简单
• 无缝设计提供简单的HA客户端路由
  • 路由作为应用程序栈的一部分
• 整合 InnoDB Cluster 和 InnoDB Replica Set
• 2个TCP端口用于主节点和非主节点通信

MySQL Shell

提供一个数据库管理接口，可以执行MySQL相关的全部任务。

• 支持多种语言：JavaScript、Python、SQL
• 可编写脚本
• 支持文档存储和关系型模型
• 公开完整的开发和管理API
• 经典的MySQL协议和X协议

MySQL Shell简单易用，可以通过它快速搭建InnoDB Cluster。

创建集群

配置实例

添加实例

启动MySQL Router

检查集群状态

MySQL InnoDB Replica Set

• 完全整合MySQL Router
• 简单易用的MySQL Shell
• 配置、增加、移除成员
• 自动化部署成员（Clone）
• 主从复制架构
  • 手动进行切换和故障转移
  • 异步读取扩展
  • 简单的主从架构
  • 没有硬件网络要求
    • 提供主节点的可用性

InnoDB Replica Set可以通过克隆自动部署新成员，利用MySQL Shell自动配置用户和复制，手动配置、增加移除应用程序使用的服务器，MySQL Router或其他代理，并且能够整合MySQL Router的负载均衡能力。从而避免了以往配置主从复制时所需的繁琐步骤。

以往需要使用额外的监控工具在每台服务器上去检查拓扑状态，用户需要负责全部组件的所有配置，每一个设置都相当于定制化。使用InnoDB Replica Set可以通过MySQL Shell status()来查看拓扑状态，并且Shell会基于最佳实践配置服务器、路由和复制，以防止发生错误。

InnoDB Replica Set是一套标准的解决方案，由MySQL团队提供支持和质量保证，这个方案的优点是简单易用，初学者也可以快速掌握。

放个视频演示了解一下：

最后说明一下如何选择不同的高可用架构。

首先要明确业务的需求，高可用性越高意味着成本也越高。可以从以下几个方面去明确目标：

• 恢复时间目标（RTO）
  • 服务从故障中恢复需要多长时间？
• 恢复点目标（RPO）
  • 服务在故障中允许丢失的数据
• 故障类型
  • 高可用：单一服务器故障，网络分区
  • 容灾：整体地域/网络故障
  • 人为错误：操作失误，故意破坏
• 程度
  • 0
  • 秒
  • 分
  • 小时
  • ...

不同业务需求对应的架构

单一地域

• RTO=小时
• RPO=分
• 一台MySQL服务器
  • 备份
  • 同步日志

单一地域

• RTO=小时
• RPO=少于1秒
• 一台MySQL服务器
  • 频繁备份
  • 持续拉取二进制日志

单一地域

• RTO=数分
• RPO=少于1秒
• MySQL InnoDB Replica Set

单一地域

• RTO=数秒
• RPO=0
• MySQL InnoDB Cluster

多地域

• 地域故障
• RTO=数分
• RPO=数秒
• MySQL InnoDB Cluster
  • 配合使用异步复制

多地域

• 地域故障
• RTO=数分
• RPO=0
• MySQL InnoDB Cluster 跨地域部署
  • 两个地域的一致性级别设置为AFTER，或者三个地域，每个地域具有1-2个成员
  • 写入的吞吐量受到影响，写入事务需要保证事务同步

以上是关于MySQL高可用性架构的内容，用户可以根据不同的需求选择适合自己的架构。