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一、存储高可用

对于需要存储数据的系统来说，整个系统的高可用设计关键点和难点就在于“存储高可用”，存储与计算相比，有一个本质上的区别：将数据从一台机器同步到另一台机器，需要经过线路进行传输。传输的速度，同一机房能够做到毫秒级，分布在不同地方的机房，传输耗时需要几十甚至上百毫秒。

虽然毫秒级对人来说几乎没有什么感觉，但对于要求高可用的系统来说，就是本质上的区别。

以最经典的银行储蓄业务为例，假设用户的数据存在北京机房，用户存了1万块钱，然后它查询的时候被路由到了上海机房，此时用户肯定后背一凉，马上怀疑自己的钱被盗了，然后赶紧打客户电话投诉，甚至打110报警，即使最后发现只是因为传输延迟导致的问题，用户的体验也是极差的。

除了物理上的传输速度限制，传输线路本身也存在可用性问题，传输线路可能中断、可能拥塞、可能异常，并且传输线路的故障时间一般都特别长，短的十几分钟，长的几个小时。

例如，2015年支付宝因为光缆被挖断，业务影响超过4个小时，2016年中美海底光缆中断3小时。

在传输线路中断的情况下，就意味着存储无法进行同步，在这段时间内整个系统的数据是不一致的。

因此，存储高可用的难点不在于如何备份数据，而在于如何减少或规避数据不一致对业务造成的影响。

分布式领域有一个著名的CAP定理，从理论上论证了存储高可用的复杂度。存储高可用不可能同时满足“一致性、可用性、分区容错性”，最多满足其中2个，这就要求我们在做架构设计的时候结合业务进行取舍了。

二、读写分离

读写分离的基本实现原理：

1. 数据库服务器搭建主从集群，一主二从
2. 数据库主机负责写操作，从机负责读操作
3. 数据库主机通过复制将数据同步到从机，每台数据库服务器都存储了所有的业务数据
4. 业务服务器将写操作发给数据库主机，将读操作发给数据库从机

读写分离的实现逻辑并不复杂，但在实际应用过程中需要应对复制延迟带来的复杂性。

以MySQL为例，主从复制延迟可能达到1S，如果有大量数据同步，延迟1分钟也是有可能的。

主从复制延迟会带来一个问题，如果业务服务器将数据写入到数据库主服务器后立刻（1S）内进行读取，此时读操作访问的是从机，从机还没有将数据复制过来，此时用户读取的就不是最新数据，业务上可能会存在问题。

例如，用户刚注册完后立刻登录，业务服务器会提示“你还没有注册”，而用户刚才已经注册成功了。

三、解决主从复制延迟问题的几种方案

1、写操作后的读操作指定发给数据库主服务器

2、读从机失败后再读一次主机

这就是大家常说的二次读取，二次读取和业务无绑定，只需要对底层数据库访问的API进行封装即可，实现代价较小，不足之处在于如果有很多二次读取，将大大增加主机的读操作压力。

3、关键业务读写操作全部指向主机，非关键业务采用读写分离

对于不要求实时性的操作，可以通过异步处理，将一些耗时的操作延后执行。

4、压缩与批量传输

通过开启Binlog压缩功能，减少传输数据量，降低网络负担。

在可能的情况下，批量传输数据，而不是逐条记录传输，以提高传输效率。

5、优化从库的查询性能

在从库上创建合理的索引结构，以减少查询的响应时间。

6、优化网络延迟

确保主从数据库之间的网络带宽充足，并且网络延迟尽可能低。可以通过提高带宽、优化网络拓扑结构，或者使用专线等方式减少延迟。

使用网络监控工具监控网络质量，及时发现并解决网络异常问题。

7、调整复制参数

使用半同步复制（Semi-Synchronous Replication）替代完全同步复制，以减少主库等待从库确认的时间。

MySQL 5.6及以上版本支持多线程复制，可以通过增加slave_parallel_workers的值来启用多线程复制，从而加速从库的并发执行。

增加sync_binlog与innodb_flush_log_at_trx_commit的值：这些参数影响主库的Binlog刷新频率，适当调整可以减少延迟。

8、监控与报警机制

通过SHOW SLAVE STATUS命令监控从库的复制延迟情况，并设定报警机制，及时处理复制延迟问题。

配置MySQL的自动故障转移（Failover）机制，在主库出现问题时自动切换到从库。

9、提高从库的硬件性能

为从库配置更高性能的CPU和内存，以提高SQL执行效率。

使用SSD替代HDD以提高磁盘读写速度，从而减少I/O等待时间。

四、半同步复制是什么

半同步复制是MySQL的一种复制模式，它介于全同步复制和异步复制之间，旨在在保证数据一致性和系统性能之间取得平衡。

在传统的异步复制模式中，主库在执行完一条事务后，只需将二进制日志（Binlog）写入本地文件并立即返回给客户端，表示事务提交成功。随后，这些日志会异步地发送到从库，从库再进行重放。这种方式性能较好，但在主库故障时可能会导致部分事务丢失，因为这些事务还没有被从库接收到。

而在半同步复制中，当主库执行完一条事务并写入Binlog后，不会立即返回给客户端，而是会等待至少一个从库确认已经接收到这个Binlog。只有在收到从库的确认信号后，主库才会返回事务提交成功的响应给客户端。如果在设定的超时时间内没有收到从库的确认，主库会回退到异步复制模式，以保证系统的可用性。

五、半同步复制的优缺点

1、半同步复制的优点

（1）数据安全性增强

由于主库在返回事务提交成功之前，至少要确认一个从库已经接收到了该事务的Binlog，因此可以减少数据丢失的风险。

（2）更快的故障恢复

即使主库发生故障，从库已经接收到的事务数据可以使从库迅速接替主库角色，减少数据恢复的时间。

2、半同步复制的缺点

（1）性能开销

半同步复制需要等待从库的确认，会增加事务的提交时间，导致延迟增大，尤其是在网络延迟较大的情况下。

（2）依赖网络

如果网络状况不好，可能频繁超时回退到异步模式，降低整体系统的效率。

六、半同步复制的流程

1. 事务执行：客户端在主库上执行事务，事务在主库的存储引擎层完成。
2. 写入Binlog：主库将事务记录写入二进制日志（Binlog）。
3. 发送Binlog到从库：主库将Binlog发送到至少一个从库。
4. 从库确认：从库接收到Binlog后，会立即返回一个确认信号给主库，表示已经接收到并写入Relay Log。
5. 事务提交成功：主库在收到至少一个从库的确认后，返回事务提交成功的响应给客户端。
6. 如果主库在一定时间内没有收到从库的确认信号，会回退到异步模式继续执行，以避免系统停滞。

半同步复制适用于那些对数据一致性要求较高，但又不能接受全同步复制带来的高延迟的场景。

常见应用场景包括：

1. 金融系统：交易数据需要尽可能保证一致性，但仍需要一定的性能。
2. 高可用集群：在保证一定程度的数据一致性的同时，允许快速故障切换。

通过配置半同步复制，MySQL可以在性能和数据一致性之间取得一定的平衡，减少数据丢失的风险。