MySQL主从复制（四）：主备切换

一主多从结果：

图中，虚线箭头表示的是主备关系，也就是A和A’互为主备，从库B、 C、 D指向的是主库A。一主多从的设置，一般用于读写分离，主库负责所有的写入和一部分读，其他的读请求则由从库分担。

主备切换后结果：

相比于一主一备的切换流程，一主多从结构在切换完成后， A’会成为新的主库，从库B、 C、 D也要改接到A’。正是由于多了从库B、 C、 D重新指向的这个过程，所以主备切换的复杂性也相应增加了。

基于位点的主备切换

当我们把节点B设置成节点A’的从库的时候，需要执行一条change master命令：

-- 基于位点的主从切换的切主命令
-- $master_log_name和$master_log_pos 标记复制的binlog位点；
CHANGE MASTER TO 
MASTER_HOST=$host_name 
MASTER_PORT=$port 
MASTER_USER=$user_name 
MASTER_PASSWORD=$password 
MASTER_LOG_FILE=$master_log_name 
MASTER_LOG_POS=$master_log_pos;

这条命令有6个参数：

MASTER_HOST、 MASTER_PORT、 MASTER_USER和MASTER_PASSWORD四个参数，分别代表了主库A’的IP、端口、用户名和密码。
最后两个参数MASTER_LOG_FILE和MASTER_LOG_POS表示，要从主库的master_log_name文件的master_log_pos这个位置的日志继续同步。而这个位置就是我们所说的同步位点，也就是主库对应的文件名和日志偏移量。

问1：节点B要设置成A’的从库，就要执行change master命令，就不可避免地要设置位点的这两个参数，但是这两个参数到底应该怎么设置呢？

原来节点B是A的从库，本地记录的也是A的位点。但是相同的日志， A的位点和A’的位点是不同的。因此，从库B要切换的时候，就需要先经过“找同步位点”这个逻辑。

这个位点很难精确取到，只能取一个大概位置。

问2：同步位点是如何获取到的？

考虑到切换过程中不能丢数据，所以我们找位点的时候，总是要找一个“稍微往前”的，然后再通过判断跳过那些在从库B上已经执行过的事务。

一种取同步位点的方法是这样的：

1）等待新主库A’把中转日志（relaylog）全部同步完成。

2）在A’上执行show master status命令，得到当前A’上最新的File 和 Position。

3）取原主库A故障的时刻T。

4）用mysqlbinlog工具解析A’的File，得到T时刻的位点。解析命令如下：

mysqlbinlog File --stop-datetime=T --start-datetime=T

图中， end_log_pos后面的值“123”，表示的就是A’这个实例，在T时刻写入新的binlog的位置。然后，我们就可以把123这个值作为$master_log_pos ，用在节点B的change master命令里。

问3：为什么说这个同步位点不精确呢？

假设在T这个时刻，主库A已经执行完成了一个insert 语句插入了一行数据R，并且已经将binlog传给了A’和B，然后在传完的瞬间主库A的主机就掉电了。

那么，这时候系统的状态是这样的：

1）在从库B上，由于同步了binlog， R这一行已经存在。

2）在新主库A’上， R这一行也已经存在，日志是写在123这个位置之后的。

3）我们在从库B上执行change master命令，指向A’的File文件的123位置，就会把插入R这一行数据的binlog又同步到从库B去执行。

这时候，从库B的同步线程就会报告 Duplicate entry‘id_of_R’ for key‘PRIMARY’ 错误，提示出现了主键冲突，然后停止同步。

问4：在切换任务的时候，如何处理Duplicate entry‘id_of_R’ for key‘PRIMARY’ 错误？

答：主动跳过这些错误。

1）方法一

主动跳过一个事务。跳过命令的写法是：

set global sql_slave_skip_counter=1;
start slave;

因为切换过程中，可能会不止重复执行一个事务，所以我们需要在从库B刚开始接到新主库A’时，持续观察，每次碰到这些错误就停下来，执行一次跳过命令，直到不再出现停下来的情况，以此来跳过可能涉及的所有事务。

2）方法二

通过设置slave_skip_errors参数，直接设置跳过指定的错误。

在执行主备切换时，有这么两类错误，是经常会遇到的：

1062错误是插入数据时唯一键冲突。
1032错误是删除数据时找不到行。

因此，我们可以把slave_skip_errors 设置为 “1032,1062”，这样中间碰到这两个错误时就直接跳过。

注1：这种直接跳过指定错误的方法，针对的是主备切换时，由于找不到精确的同步位点，所以只能采用这种方法来创建从库和新主库的主备关系。

注2：在主备切换过程中，直接跳过1032和1062这两类错误是无损的，所以才可以这么设置slave_skip_errors参数。等到主备间的同步关系建立完成，并稳定执行一段时间之后，我们还需要把这个参数设置为空，以免之后真的出现了主从数据不一致，也跳过了。

GTID

通过sql_slave_skip_counter跳过事务和通过slave_skip_errors忽略错误的方法，虽然都最终可以建立从库B和新主库A’的主备关系，但这两种操作都很复杂，而且容易出错。所以， MySQL 5.6版本引入了GTID，彻底解决了这个困难。

GTID的全称是Global Transaction Identifier，也就是全局事务ID，是一个事务在提交的时候生成的，是这个事务的唯一标识。它由两部分组成，格式是：

GTID=server_uuid:gno

其中：

server_uuid是一个实例第一次启动时自动生成的，是一个全局唯一的值.
gno是一个整数，初始值是1，每次提交事务的时候分配给这个事务，并加1。

问：如何启用GTID模式？

答：在启动一个MySQL实例的时候，在配置文件中加上参数gtid_mode=on和enforce_gtid_consistency=on就可以了。

在GTID模式下，每个事务都会跟一个GTID一一对应。这个GTID有两种生成方式，而使用哪种方式取决于session变量gtid_next的值。

1）如果gtid_next=automatic，代表使用默认值。这时， MySQL就会把server_uuid:gno分配给这个事务。

记录binlog的时候，先记录一行 SET@@SESSION.GTID_NEXT=‘server_uuid:gno’。
把这个GTID加入本实例的GTID集合。

2）如果gtid_next是一个指定的GTID的值，比如通过set gtid_next='current_gtid’指定为current_gtid，那么就有两种可能：

如果current_gtid已经存在于实例的GTID集合中，接下来执行的这个事务会直接被系统忽略。
如果current_gtid没有存在于实例的GTID集合中，就将这个current_gtid分配给接下来要执行的事务，也就是说系统不需要给这个事务生成新的GTID，因此gno也不用加1。

这样，每个MySQL实例都维护了一个GTID集合，用来对应“这个实例执行过的所有事务”。

注：一个current_gtid只能给一个事务使用。这个事务提交后，如果要执行下一个事务，就要执行set 命令，把gtid_next设置成另外一个gtid或者automatic。

下面举一个例子来说明GTID的基本用法。假设在实例X中创建一个表t：

CREATE TABLE `t` (`id` int(11) NOT NULL,`c` int(11) DEFAULT NULL,PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;into t values(1,1);

从上图中可以看到，事务的BEGIN之前有一条SET@@SESSION.GTID_NEXT命令。这时，如果实例X有从库，那么将CREATE TABLE和insert语句的binlog同步过去执行的话，执行事务之前就会先执行这两个SET命令，这样被加入从库的GTID集合的，就是图中的这两个GTID。

假设，现在这个实例X是另外一个实例Y的从库，并且此时在实例Y上执行了下面这条插入语句：

insert into t values(1,1);

并且，这条语句在实例Y上的GTID是 “aaaaaaaa-cccc-dddd-eeee-ffffffffffff:10”。

问：实例X作为Y的从库，要同步这个事务过来执行，显然会出现主键冲突，导致实例X的同步线程停止。这时，我们应该怎么处理呢？

解决方案：执行下面的语句序列：

set gtid_next='aaaaaaaa-cccc-dddd-eeee-ffffffffffff:10';
begin;
commit; 
set gtid_next=automatic; 
start slave;

前三条语句的作用，是通过提交一个空事务，把这个GTID加到实例X的GTID集合中。

执行完这个空事务之后，通过show master status查看结果：

可以看到实例X的Executed_Gtid_set里面，已经加入了这个GTID。

这样，再执行start slave命令让同步线程执行起来的时候，虽然实例X上还是会继续执行实例Y传过来的事务，但是由于“aaaaaaaa-cccc-dddd-eeee-ffffffffffff:10”已经存在于实例X的GTID集合中了，所以实例X就会直接跳过这个事务，也就不会再出现主键冲突的错误。

注：start slave命令之前还有一句set gtid_next=automatic。这句话的作用是“恢复GTID的默认分配行为”，也就是说如果之后有新的事务再执行，就还是按照原来的分配方式，继续分配gno=3。

基于GTID的主备切换

在GTID模式下，备库B要设置为新主库A’的从库的语法如下：

CHANGE MASTER TO MASTER_HOST=$host_name MASTER_PORT=$port MASTER_USER=$user_name MASTER_PASSWORD=$password master_auto_position=1;

其中， master_auto_position=1就表示这个主备关系使用的是GTID协议。

注：GTID模式下，无需指定MASTER_LOG_FILE和MASTER_LOG_POS参数。

假设实例A’的GTID集合记为set_a，实例B的GTID集合记为set_b。

在实例B上执行start slave命令，取binlog的逻辑是这样的：

1）实例B指定主库A’，基于主备协议建立连接。

2）实例B把set_b发给主库A’。

3）实例A’算出set_a与set_b的差集，也就是所有存在于set_a，但是不存在于set_b的GITD的集合，判断A’本地是否包含了这个差集需要的所有binlog事务。

如果不包含，表示A’已经把实例B需要的binlog给删掉了，直接返回错误。
如果确认全部包含， A’从自己的binlog文件里面，找出第一个不在set_b的事务，发给B。

4）之后就从这个事务开始，往后读文件，按顺序取binlog发给B去执行。

这个逻辑里面包含一个设计思想：在基于GTID的主备关系里，系统认为只要建立主备关系，就必须保证主库发给备库的日志是完整的。因此，如果实例B需要的日志已经不存在， A’就拒绝把日志发给B。

注：这跟基于位点的主备协议不同。基于位点的协议，是由备库决定的，备库指定哪个位点，主库就发哪个位点，不做日志的完整性判断。

问：GTID模式下，一主多从场景中，主备切换是如何实现的？

答：由于不需要人为找位点了，所以主备切换时，从库B、C、D分别执行change master命令，使其指向实例A‘即可。之后这个系统由新主库A’写入，主库A‘自己生成的binlog中的GTID集合格式为：server_uuid_of_A’:1-M。

如果之前从库B的GTID集合格式是 server_uuid_of_A:1-N，那么切换之后GTID集合的格式就变成了server_uuid_of_A:1-N, server_uuid_of_A’:1-M。

注：主库A’之前也是A的备库，因此主库A’和从库B的GTID集合是一样的。

GTID在线DDL

假设，这两个互为主备关系的库还是实例X和实例Y，且当前主库是X，并且都打开了GTID模式。这时的主备切换流程可以变成下面这样：

1）在实例X上执行stop slave。

2）在实例Y上执行DDL语句。注意，这里并不需要关闭binlog。

3）执行完成后，查出这个DDL语句对应的GTID，并记为 server_uuid_of_Y:gno。

4）到实例X上执行以下语句序列：

set GTID_NEXT="server_uuid_of_Y:gno"; 
begin;
commit; 
set gtid_next=automatic; 
start slave;

这样做的目的在于，既可以让实例Y的更新有binlog记录，同时也可以确保不会在实例X上执行这条更新。

5）接下来，执行完主备切换，然后照着上述流程再执行一遍即可。

小结：思考题

思考：在GTID模式下设置主从关系的时候，从库执行start slave命令后，主库发现需要的binlog已经被删除掉了，导致主备创建不成功。这种情况下，你觉得可以怎么处理呢？

1）如果业务允许主从不一致的情况，那么可以在主库上先执行show global variables like ‘gtid_purged’，得到主库已经删除的GTID集合，假设是gtid_purged1；然后先在从库上执行reset master，再执行set global gtid_purged =‘gtid_purged1’；最后执行start slave，就会从主库现存的binlog开始同步。 binlog缺失的那一部分，数据在从库上就可能会有丢失，造成主从不一致。

2）如果需要主从数据一致的话，最好还是通过重新搭建从库来做。

3）如果有其他的从库保留有全量的binlog的话，可以把新的从库先接到这个保留了全量binlog的从库，追上日志以后，如果有需要，再接回主库。

4）如果binlog有备份的情况，可以先在从库上应用缺失的binlog，然后再执行start slave。

注1：在主库执行reset master命令会删除所有二进制文件，并创建新的二进制文件。

注2：在从库执行reset master命令会尝试删除从库的二进制文件。