高并发架构系列:数据库主从同步的 3 种方案

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
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简介: 本文详解高并发场景下数据库主从同步的三种解决方案:数据主从同步、数据库半同步复制、数据库中间件同步和缓存记录写key同步,旨在帮助解决数据一致性问题。关注【mikechen的互联网架构】,10年+BAT架构经验倾囊相授。

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大家好,我是 mikechen | 陈睿

在昨天的文章中,我们深入高并发场景下的锁,详见:MySQL最全锁与Java最全并发锁

今天接着聊:高并发场景下的数据库同步的3种解决方案

在高并发场景下,数据主从同步是必然的方式,除了数据库主从同步外,还会涉及到分布式环境下的数据同步。@mikechen

01 数据主从同步的由来

互联网的很多业务,特别是在高并发的场景下,基本都是读远远大于写,如果数据库读和写的压力都同在一台主机上,这显然不太合理。

于是,把一台数据库主机分为单独的一台写主库(主要负责写操作),而把读的数据库压力分配给读的从库,而且读从库可以变为多台,这就是读写分离的典型场景如下:

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为了进一步的降低数据库端的压力(高并发的瓶颈),这个时候也会在业务层部署分布式缓存集群(redis)等,把读的压力转移给应用服务器端,其实与数据主从的设计是遵循同一个原则,降低后端数据库的压力。

问题:

读写分离提高了资源的利用效率的同时也引出了一个问题,就是由于延时(网络传输,操作)而引起的数据库主从不一致的问题,以下会详细谈相关的数据一致性解决方案。

02 数据库半同步复制

半同步复制:办法就是等主从同步完成之后,等主库上的写请求再返回,这就是常说的“半同步复制"。

实现方案

mysql的半同步复制方案,下面我以mysql为例介绍。

image.png

MySQL半同步复制

MySQL的Replication默认是一个异步复制的过程,从MySQL5.5开始,MySQL以插件的形式支持半同步复制,我先谈下异步复制,这样可以更好的理解半同步复制。

1)异步复制

MySQL默认的复制是异步的,主库在执行完客户端提交的事务后会立即将结果返给给客户端,并不关心从库是否已经接收并处理,这样就会有一个问题,主如果crash掉了,此时主上已经提交的事务可能并没有传到从库上。

2)半同步复制

介于异步复制和全同步复制之间,主库在执行完客户端提交的事务后不是立刻返回给客户端,而是等待至少一个从库接收到并写到relay log中才返回给客户端。相对于异步复制,半同步复制提高了数据的安全性,同时它也造成了一定程度的延迟,这个延迟最少是一个TCP/IP往返的时间。所以,半同步复制最好在低延时的网络中使用。

image.png

半同步复制原理:

事务在主库写完binlog后需要从库返回一个已接受,才放回给客户端

mysql5.5版本以后,以插件的形式存在,需要单独安装

确保事务提交后,binlog至少传输到一个从库

不保证从库应用完成这个事务的binlog

性能有一定的降低

网络异常或从库宕机,卡主库,直到超时或从库恢复

该方案优点:

利用数据库原生功能,比较简单。

该方案缺点:

主库的写请求时延会增长,吞吐量会降低。

03 数据库中间件同步

image.png

流程:

1)所有的读写都走数据库中间件,通常情况下,写请求路由到主库,读请求路由到从库

2)记录所有路由到写库的key,在主从同步时间窗口内(假设是500ms),如果有读请求访问中间件,此时有可能从库还是旧数据,就把这个key上的读请求路由到主库。

3)在主从同步时间过完后,对应key的读请求继续路由到从库。

该方案优点:

能保证一致。

该方案缺点:

数据库中间件的成本较高。

04 缓存记录写key同步

image.png

写流程:

1)如果key要发生写操作,记录在cache里,并设置“经验主从同步时间”的cache超时时间,例如500ms

2)然后修改主数据库

读流程:

1)先到缓存里查看,对应key有没有相关数据

2)有相关数据,说明缓存命中,这个key刚发生过写操作,此时需要将请求路由到主库读最新的数据。

3)如果缓存没有命中,说明这个key上近期没有发生过写操作,此时将请求路由到从库,继续读写分离。

该方案优点:

相对数据库中间件,成本较低

该方案缺点:

为了保证“一致性”,引入了一个cache组件,并且读写数据库时都多了缓存操作。


以上,就是数据库主从同步一致性方案详解。

如果想更深入了解分布式架构技术,请查看我的往期系列连载:

  1. 单点登录SSO的实现原理与方案详解
  2. 史上最全负载均衡原理图文详解
  3. 什么是幂等性?四种接口幂等性方案详解
  4. 史上最强大型网站演变全过程架构详解
  5. Dubbo的详细介绍、设计思路、以及4大适用场景
  6. 微服务Dubbo和SpringCloud微服务架构设计优劣势比较
  7. 如何解决Redis缓存雪崩、缓存穿透、缓存并发等5大难题

我是 mikechen | 陈睿 ,关注【mikechen的互联网架构】,10年+BAT架构技术倾囊相授。

本文已同步我的技术博客 www.mikechen.cc,更新至我原创的《30W+字大厂架构技术合集》中。

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