MySQL学习-非事务相关的六大日志、InnoDB的三大特性以及主从复制架构

一. 六大日志

慢查询日志:记录所有执行时间超过long_query_time的查询，方便定位并优化。

# 查询当前慢查询日志状态
SHOW VARIABLES LIKE 'slow_query_log';
#启用慢查询日志
SET GLOBAL slow_query_log = 'ON';
#设置慢查询文件位置
SET GLOBAL slow_query_log_file = '/path/to/your/slow-query.log';
#设置慢查询的阈值 ,单位秒
SET GLOBAL long_query_time = 2
#记录所有未走索引的查询到慢查询日志
SET GLOBAL log_queries_not_using_indexes = 'ON';

通用查询日志：记录用户的所有操作，包括启动和关闭MySQL服务、所有用户的连接开始时间和截止时间、发给MySQL数据库服务器的所有SQL指令等，如select、show等，无论SQL的语法正确还是错误、也无论SQL执行成功还是失败，MySQL都会将其记录下来。通用查询日志用来还原操作时的具体场景，可以帮助我们准确定位一些疑难问题，比如重复支付等问题。

# 查询通用查询日志状态
show variables like '%general_log%';
# 打开通用查询日志
SET GLOBAL general_log=on;
# 设置通用查询日志文件位置
SET GLOBAL general_log_file='/path/to/your/general.log';

3.错误日志：记录了数据库启动和停止，以及运行过程中发生任何严重错误时的相
关信息。当数据库出现任何故障导致无法正常使用时，建议首先查看此日志。
在MySQL数据库中，错误日志功能是默认开启的，而且无法被关闭。

# 查看错误日志存放位置
show variables like '%log_error%';

4.二进制日志：即binlog日志，记录了所有执行过的修改操作语句，不保存查询语句。可用于数据库灾备和主从复制。

# 查看binlog相关参数
show variables like '%log_bin%';

打开或关闭binlog文件需要在mysql配置文件中修改（Mysql5.7默认关闭，Mysql8.0默认开启），然后重启数据库

# log‐bin设置binlog的存放位置，可以是绝对路径，也可以是相对路径，这里写的相对路径，则binlog文件默认会放在data数据目录下
log‐bin=mysql‐binlog
# Server Id是数据库服务器id，随便写一个数都可以，这个id用来在mysql集群环境中标记唯一mysql服务器，集群环境中每台mysql服务器的id不能一样，不加启动会报错
server‐id=1
# 其他配置
binlog_format = row # 日志文件格式
expire_logs_days = 15 # 执行自动删除binlog日志文件的天数， 默认为0， 表示不自动删除
max_binlog_size = 200M # 单个binlog日志文件的大小限制，默认为 1GB

binlog日志格式
在Mysql配置文件中可以设置binlog_format不同的参数来设置不同的binlog日志记录格式，MySQL支持三种binlog日志格式：

statement:基于sql语句的复制，每一条修改语句都会记录到binlog日志中，这样的记录方式数据量小，节省I/O开销，但是遇到一直执行时才能确定结果的函数，例如：UUID(),RAND(),SYSDATE()等函数，如果使用binlog恢复数据或者从机通过binlog同步数据，则会出现不一致的问题。
row:基于行的复制，日志中会记录成每一条记录的修改语句，可以解决函数、存储过程等问题，但是日志里较大，没有statement性能好。假设update语句更新10行数据，statement方式就记录这条update语句，row方式会记录被修改的10行数据。
mixed:混合模式，两种方式的结合，MySQL会根据执行语句的不同来选择不同的记录方式，也就是statement和row中选一种，如果sql里有需要执行才能确定的函数，那么就用row的形式记录，其他情况就用statement。推荐用这种方式。

binlog写入磁盘的机制
binlog写入磁盘的方式由sync_binlog参数控制，默认是0

为0的时候，表示每次提交事务都只 write 到page cache，由系统自行判断什么时候执行 fsync 写入磁盘。虽然性能得到提升，但是机器宕机，page cache里面的 binlog 会丢失。
也可以设置为1，表示每次提交事务都会执行 fsync 写入磁盘，这种方式最安全。
还有一种折中方式，可以设置为N(N>1)，表示每次提交事务都write 到page cache，但累积N个事务后才 fsync 写入磁盘，这种如果机器宕机会丢失N个事务的binlog。

中继日志：MySQL8.0加入的日志，用于主从服务器架构中，从服务器存放主服务器二进制日志的一个中间文件，从服务器通过读取中继日志，来同步主服务器的操作。
数据定义语句日志：MySQL8.0加入的日志，记录数据定义语句执行的元数据操作。

InnoDB的三大特性

双写缓冲区

innodb的基本操作单位是数据页，一个页是16KB，而系统和磁盘间的数据操作是以4KB为操作单位进行的，这样一个数据页写入对应到磁盘可能需要执行多次，极端情况下，可能会出现数据页只写前面一部分，然后发生系统宕机的问题。
对于这样的极端情况就可以使用双写缓冲区来恢复

在执行脏页刷盘时MySQL实际会写两份,一份通过顺序写写到双写缓冲区文件,一份随机写写到磁盘也就是数据的实际落盘
通过fsync多写一次数据到双写缓冲区,虽然顺序写大概还是会造成5%-10%的性能消耗,但是能保证数据的安全
数据写入双写缓冲区成功,真实落盘失败时,会通过双写缓冲区拿到写入的数据重新落盘
数据写入双写缓冲区如果失败,MySQL会通过B+树载入原始数据,通过redoLog恢复原始数据

自适应的hash索引

Innodb存储引擎会监控对表上二级索引的查找,如果发现某二级索引被频繁访问,这个二级索引建立对应的哈希索引提高性能(这个hash索引是存在BufferPool上的)

BufferPool

主从复制架构

背景

在一个简单的web应用后端架构中通常是一个nginx用来转发请求，一个redis用来缓存数据减少一些热点访问数据频繁访问数据库，最后就是一个mysql用来做数据的持久化保存。但是在这样的单机部署情况下，如果出现单点故障的问题，例如数据库、java应用或者redis任意一个宕机，都会造成整个系统的不可用。
MySQL的主从复制就是MySQL官方提出来的一种方案，是MySQL使用最广泛的容灾方案。

原理和步骤

MySQL的主从复制机制就是主机进行修改操作时会保存一份binlog日志，里面记录了数据的相关操作，从库通过网络获取到主库的binlog,然后自己重复一遍binlog中的操作，即可完成数据同步。
步骤如下：

客户端链接主机，发送写操作命令
主库在事务提交时会将操作写入binlog日志文件
从库根据记录的主库binlog文件名和position通过I/O线程向主库获取相应位点之后的binlog文件
主库通过dump线程获取到binlog并发送给从库
从库将获取到的binlog写入relaylog中，并给主库返回响应
从库的sql线程读取并解析relaylog
从库的 SQL 线程重放 relay log 中的命令

复制方案

异步复制

MySQL默认使用异步复制，执行事务和复制binlog是由两个不同的线程去完成的，互不等待，这样的方式响应性能最高，但是如果复制延迟，或者复制过程中主库宕机都会发生丢数据的情况

使用

1.添加配置

主库

#主库
# 服务器唯一ID，默认是1
server-id=10
#启用二进制日志
log-bin=mysql-bin
#待同步的数据库日志
#replicate_do_db= test
#不同步的数据库日志
#replicate_ignore_db= test

从库

#主库
# 服务器唯一ID，默认是1
server-id=11
#启用二进制日志
log-bin=mysql-bin

2.主库操作

# 连接主库
CREATE USER 'test'@'%' IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY '123456';
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'test'@'%';
flush privileges;

#获取主库的binlog文件名和位点信息，从库同步时需要
SHOW MASTER STATUS;

在这里插入图片描述

3.从库操作

#链接从库

#1.设置主库信息
#mysql8.0.23之前
change MASTER to MASTER_HOST='192.168.65.185', MASTER_USER='test',
MASTER_PASSWORD='123456', MASTER_port=3307, MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000003',
MASTER_LOG_POS=1273;
#mysql8.0.23之后
change replication source to source_host='192.168.65.185', source_user='test',
source_password='123456', source_port=3307, source_log_file='mysql-bin.000003',
source_log_pos=1273, source_connect_retry=30;

#2.开启同步复制
#开启从库
start slave; 或者 start replica;
#查看从库状态
show slave status \G; 或者 show replica status \G;

在这里插入图片描述

半同步复制

基于异步复制容易出现数据丢失的问题，MySQL从5.7开始增加了一种半同步复制的方式。具体机制如下：

主库在收到客户端的请求时，必须在完成主库日志写入的同时，还需要等待一个或多个从库完成数据同步的响应之后，才能响应请求
从库只有在relaylog写入完成后，才会向主库响应
当从库响应超时时，主库会将半同步复制退化为异步复制（即不再去等待从库的响应）。直到至少一个从库恢复，并同步到最新的数据之后，主库才会再次将同步机制恢复为半同步复制
因为需要保证至少一个从节点的响应，所以半同步复制的响应性能相比异步复制要有所降低，但是在主库没有没有退化至异步复制的情况下，如果发生宕机，至少可以保证有一个从库的数据是完整的，那么就可以将这个从库先升为主库，其他从库从这个新的主库中获取数据
半同步复制有两个重要的参数：
8.0.26及之前
- rpl_semi_sync_master_wait_slave_count：至少等待数据复制到几个从节点再返回。这个数量配置的越大，丢数据的风险越小，但是集群的性能和可用性就越差。
- rpl_semi_sync_master_wait_point：这个参数控制主库
  执行事务的线程，是在提交事务之前（AFTER_SYNC）等待复制，还是在提交事务之后（AFTER_COMMIT）等待复制。默认是 AFTER_SYNC，也就是先等待复制，再提交事务，这样就不会丢数据。
8.026之后
- rpl_semi_sync_source_wait_for_replica_count：至少等待数据复制到几个从节点再返回。
- rpl_semi_sync_source_wait_point：控制主库
  执行事务的线程，是在提交事务之前等待复制，还是在提交事务之后等待复制。默认是 AFTER_SYNC

使用

使用方式和异步复制类似，但是主从库都需要安装插件并增加一些配置
可以直接在异步复制的基础上去调整

1.主从库安装插件

主库、从库分别执行

#from MySQL 8.0.26:
INSTALL PLUGIN rpl_semi_sync_source SONAME'semisync_source.so';

#验证是否成功安装
SELECT PLUGIN_NAME, PLUGIN_STATUS FROM INFORMATION_SCHEMA.PLUGINS WHERE PLUGIN_NAME LIKE '%semi%';

2.启用半同步复制

主库、从库分别执行

SET GLOBAL rpl_semi_sync_source_enabled=1;
#持久化全局变量
set persist GLOBAL rpl_semi_sync_source_enabled=1;
#查看是否开启
show variables like "%semi_sync%";

在这里插入图片描述

3.重启从库的I/O线程

STOP REPLICA IO_THREAD;
START REPLICA IO_THREAD;

基于全局事务标识符（GTID）复制

上述的异步复制和半同步复制都是基于位点的复制，同步时需要手动获取和设置从库的同步位点，这样的步骤繁杂且容易出错，所以MySQL 5.6 版本引入了 GTID，彻底解决了这个困难。

GTID是一个基于原始mysql服务器生成的一个已经被成功执行的全局事务ID，它由服务器ID以及事务
ID组合而成。这个全局事务ID不仅仅在原始服务器器上唯一，在所有存在主从关系的mysql服务器上
也是唯一的。正是因为这样一个特性使得mysql的主从复制变得更加简单，以及数据库一致性更可靠。

通过GTID实现复制方案不再需要人工确认从库开始同步的位点，交由服务器自动判断。主库通过计算主库的GTID和从库GTID的之间的差，判断出从库未同步的binlog并推送给从库。

使用

基于上面异步复制中已完成的配置进行调整

1.添加配置文件

主库、从库分别执行

#GTID:
#启用全局事务标识符（GTID）模式 
gtid_mode=on 
# 强制GTID的一致性。这意味着在执行事务时，MySQL将确保所有涉及的服务器都使用相同的GTID集。
enforce_gtid_consistency=on

2.从库设置主库信息

#停止主从复制
stop replica;
#mysql8.0.23之前
change MASTER to MASTER_HOST='192.168.65.185', MASTER_USER='test',
MASTER_PASSWORD='123456', MASTER_port=3307, MASTER_AUTO_POSITION = 1;
#mysql8.0.23之后
change replication source to source_host='192.168.65.185', source_user='test',
source_password='123456', source_port=3307, SOURCE_AUTO_POSITION =1 ;
# 开启主从复制
start replica

组复制

异步复制和半同步复制都无法最终保证数据的一致性问题，半同步复制通过判断响应个数来决定是否响应客户端，保证了一定的数据一致性，但是仍无法数据一致性要求高的场景，例如金融领域。MySQL在5.7.17中推出了一种高可用与高扩展的复制方案，将原有的GTID复制功能进行了增强，实现了基于paxos协议的状态机复制，即组复制（Mysql GroupReplication 简称MGR）。

组复制的工作原理

Paxos协议：MySQL组复制使用Paxos协议来实现分布式一致性。Paxos协议是一种用于解决分布式系统中一致性问题的协议，它通过多轮投票来达成共识(粗略理解即为需要组内超过一半的成员同意提交，才可进行读写事务的提交,对于只读事务，直接commit即可，不需要经过组内同意)。
组成员管理：组复制通过组成员管理模块来维护集群中的节点列表。当节点加入或离开集群时，组成员管理模块会更新集群的配置。
数据复制：组复制使用MySQL的二进制日志（binlog）来复制数据变更（GTID复制）。每个节点都会将本地的binlog事件发送给其他节点，以确保所有节点的数据保持一致。
单点故障转移：当一个节点发生故障时，组复制会自动将其从集群中移除，并由其他节点接管其工作。这个过程不需要人工干预，可以自动完成。
冲突检测与解决：在多主模式下，如果多个节点同时尝试修改同一行数据，可能会发生冲突。组复制提供了多种冲突解决策略，包括：
- 版本号：为每个数据行添加一个版本号，当冲突发生时，选择版本号最高的数据。
- 时间戳：为每个数据行添加一个时间戳，当冲突发生时，选择时间戳最新的数据。
- 自定义：允许用户定义自己的冲突解决逻辑。

在这里插入图片描述
组复制提供了单主模式和多主模式两种

单主模式：只有主节点可以读写，从节点都是只读，为部署组复制的推荐模式，主节点宕机会进行单点故障转移，步骤如下：
1. 组内的每个成员都会维护自己的状态信息，包括是否在线和配置信息
2. 当单主模式下的主节点宕机时，组内剩余的成员会先根据配置的权重来选择新的主节点
3. 如果配置的权重相同则根据组内成员的服务器UUID进行排序然后选择第一个作为主节点（所以最好给每个节点配置不同的权重，以避免权重相同的情况，确保选举过程的明确性）
多主模式：每个节点都可以进行读写，不存在故障转移，因为每个节点都可以独立的完成事务，但是多个节点同时尝试修改同一行数据，可能会发生冲突，需要进行处理

InnoDB cluster

组复制提供了强数据一致性和单点故障转移，保证了数据库的连续可用，却无法处理如下问题：当一个组成员变为不可用时，连接到它的客户端必须被重定向或故障转移到其他组成员，但是MySQL不会主动通知客户端去重定向。基于此，MySQL提供了InnoDB Cluster。
InnoDB Cluster是MySQL官方实现高可用+读写分离的架构方案,其中包含以下组件: