MySQL常见面试题：什么是主从延时？如何降低主从延时？

1. 背景

高并发这个阶段，肯定是需要做读写分离的，啥意思？因为实际上大部分的互联网公司，一些网站，或者是 app，其实都是读多写少。所以针对这个情况，就是写一个主库，但是主库挂多个从库，然后从多个从库来读，那不就可以支撑更高的读并发压力了吗？那具体什么是读写分离又如何解决其中的延迟问题呢？赶快一起来看看吧！

• 监控：MySQL 的主从延迟？
• 影响
  • MySQL 主从延迟的影响？
  • 多少的延迟，可以接受？
• 原因：MySQL 主从延迟的产生原因？

2. MySQL 主从复制

2.1. 作用

原点之问：MySQL 主从集群的作用，要解决什么问题？

场景：

• 高并发情况下，单台 MySQL 数据库承载的连接数多、读写压力大，MySQL系统瓶颈凸显
• 大部分互联网场景，数据模型「一写多读」
  • 读次数（read_num） 一般是写次数（write_num）的 10 倍以上
  • 补充：数据分析、商业智能等场景，read_num 和 write_num 基本相当，同一量级

MySQL 集群方式，能够分散单个节点的访问压力。

MySQL 集群，常见方式：主从集群

• Master 节点，负责所有的「写请求」
• Slave 节点，负责大部分的「读请求」

MySQL 主从集群的作用：

MySQL 主从集群，分散访问压力，提升整个系统的可用性，降低大访问量引发的故障率。

常见的主从架构：

• 一主一从：一个 Master，一个 Slave
• 一主多从：一个 Master，多个 Slave

具体，参考下图：

2.2. 实现细节

MySQL 在主从同步时，其底层实现细节又是什么？为此后分析主从延迟原因以及优化方案，做好理论准备。

总结来说，MySQL 的主从复制：异步单线程。

• Master上 1 个IO线程，负责向Slave传输 binary log（binlog）
• Slave上 2 个线程：IO 线程和执行SQL的线程，其中：
  • IO线程：将获取的日志信息，追加到relay log上；
  • 执行SQL的线程：检测到relay log中内容有更新，则在Slave上执行sql；

特别说明：MySQL 5.6.3 开始支持「多线程的主从复制」，一个数据库``一个线程，多个数据库可多个线程。

完整的 Master & Slave 之间主从复制过程：

主从延时时间：Master 执行成功，到 Slave 执行成功，时间差。

上述过程：

• 主从延迟：「步骤2」开始，到「步骤7」执行结束。
• 步骤 2：存储引擎处理，时间极短
• 步骤 3：文件更新通知，磁盘读取延迟
• 步骤 4：Bin Log 文件更新的传输延迟，单线程
• 步骤 5：磁盘写入延迟
• 步骤 6：文件更新通知，磁盘读取延迟
• 步骤 7：SQL 执行时长

通过上面分析，MySQL 主从复制是典型的生产者-消费者模型：整体耗时，分为几类

• 磁盘的读写耗时：步骤 3、步骤 5、步骤6
• 网络传输耗时：步骤 4
• SQL 执行耗时：步骤 7 (地点：Slave 上 relay log 执行过程)
• 排队耗时：步骤 3（地点：Master 上 bin log 中排队，生产者-消费者）

2.3. 客观认识：主从架构

Master 数据写入后， Slave 一定要及时写入数据，这个本质是：主从架构下的强一致性。

Master 与 Slave 之间的延迟，是客观存在的。

一般对主从架构的定位：

• 提升系统的可用行：Master 宕机后，数据不丢失，可以使用 Slave 临时替换 Master
• 不要求 Slave 跟 Master 的强一致，而只要求最终一致
• 通常，对数据一致性``要求很高的场景下，并不建议采用：主从结构，分担高并发访问压力。

2.3.1. 同步复制

如果要满足主从架构的强一致性，采取「同步复制」的 2PC 策略即可：

• 第一阶段：Master 收到 Client 的写入数据请求，在本地写入数据；
• 第二阶段：Master 收到 Slave 写入成功的消息，再向 Client返回数据写入成功；

主流数据库均支持这种完全的同步模式，MySQL的Semi-sync功能（从MySQL 5.6开始官方支持），就是基于这种原理。

「同步复制」对数据库的写性能影响很大，适用场景：

银行等严格要求强一致性的应用，对于写入延迟一般没什么要求（延迟几个小时都可以接受，数据不出错就行）。

2.3.2. 异步复制

异步复制：Master 数据写入成功后，Slave 上异步进行数据写入，只要保证数据最终一致性即可。

3. 主从延迟

3.1. 如何监控

监控主从延迟的方法有多种：

1. Slave 使用本机当前时间，跟 Master 上 binlog 的时间戳比较
2. pt-heartbeat、mt-heartbeat

本质：同一条 SQL，Master 上执行结束的时间 vs. Slave 上执行结束的时间。

3.2. 主从延迟的影响

Slave 延迟的影响：

• 异常情况下， 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。（什么意思？）
• 备库 Hang 会引发备份失败：flush tables with read lock 会 900s 超时（什么含义？）
• 以 Slave 为基准进行的备份，数据不是最新的，而是延迟的。

简单来说，恶化的主从延迟，将丧失 MySQL 集群带来的优势：

1. 读写分离失效：读写分离，降低单机压力，提升系统瓶颈上限，如果延迟恶化，则失效。
2. 主备容灾失效：主备切换，提升系统可用性，如果延迟恶化（1h以上），则失效。

3.3. 产生原因

常见的主从延迟原因：

• Master 上，大事务，耗时长：优化业务，拆分为小事务
  • Master 上，SQL 执行速度慢：优化索引，提升索引区分度（事务内部有查询操作）
  • Master 上，批量 DML 操作：建议延迟至业务低峰期操作
• Master 上，多线程``写入频繁， Slave 单线程速度跟不上：提升 Slave 硬件性能、借助中间件，改善主从复制的单线程模式

3.4. 如何解决

整体上 2 个策略，齐头并进：

• 内部解决：减弱主从复制的延迟
• 外部解决：缓存层，在前端访问和数据库之间，添加缓存，优先从缓存读取，减弱数据库的并发压力，Slave 只作为数据备份，不分担访问流量；

减弱主从延迟，采取措施：

1. 细化事务

   ：将大事务拆为小事务，不必要的地方移除事务

   1. 提升 SQL 执行速度：优化索引
   2. 减少批量操作：批量 DML 的耗时较多，减少不必要的批量 DML

减弱数据库的并发压力，Slave 只作为数据备份，不分担访问流量；

减弱主从延迟，采取措施：

1. 细化事务

   ：将大事务拆为小事务，不必要的地方移除事务

   1. 提升 SQL 执行速度：优化索引
   2. 减少批量操作：批量 DML 的耗时较多，减少不必要的批量 DML

2. 降低多线程``大事务并发的概率：优化业务逻辑