简单谈谈MySQL的半同步复制

简介

MySQL通过复制（Replication）实现存储系统的高可用。目前，MySQL支持的复制方式有：

1. 异步复制（Asynchronous Replication）：原理最简单，性能最好。但是主备之间数据不一致的概率很大。
2. 半同步复制（Semi-synchronous Replication）：相比异步复制，半同步复制牺牲了一定的性能，提升了主备之间数据的一致性（有一些情况还是会出现主备数据不一致）。
3. 组复制（Group Replication）：基于Paxos算法实现分布式数据复制的强一致性。只要大多数机器存活就能保证系统可用。相比半同步复制，Group Replication的数据一致性和系统可用性更高。
   

本文主要讨论MySQL半同步复制。

半同步复制的基本流程

MySQL半同步复制的实现是建立在MySQL异步复制的基础上的。MySQL支持两种略有不同的半同步复制：AFTER_SYNC和AFTER_COMMIT（受rpl_semi_sync_master_wait_wait_point控制）。

开启半同步复制时，Master在返回之前会等待Slave的响应或超时。当Slave超时时，半同步复制退化成异步复制。这也是MySQL半同步复制存在的一个问题。本文不讨论Salve超时的情形（不讨论异步复制）。

半同步复制AFTER_SYNC模式的基本流程

AFTER_SYNC模式是MySQL 5.7才支持的半同步复制方式，也是MySQL5.7默认的半同步复制方式：

• Prepare the transaction in the storage engine(s).
  
• Write the transaction to the binlog, flush the binlog to disk.
  
• Wait for at least one slave to acknowledge the reception for the binlog events for the transaction.
  
• Commit the transaction to the storage engine(s).
  

半同步复制AFTER_COMMIT模式的基本流程

MySQL 5.5和5.6的半同步复制只支持AFTER_COMMIT：

• Prepare the transaction in the storage engine(s).
  
• Write the transaction to the binlog, flush the binlog to disk.
  
• Commit the transaction to the storage engine(s).
  
• Wait for at least one slave to acknowledge the reception for the binlog events for the transaction.
  

AFTER_SYNC和AFTER_COMMIT两种方式的小结

AFTER_SYNC： 日志复制到Slave之后，Master再commit。
所有在master上commit的事务都已经复制到slave。
所有已经复制到slave的事务在master不一定commit了（比如，master将日志复制到slave之后，在commit之前宕机了）

AFTER_COMMIT：Master commit之后再将日志复制到Slave。
所有master上commit的事务不一定复制到slave。（比如，master commit之后，还没来得及将日志复制到slave就宕机了）
所有已经复制到slave的事务在master上一定commit了。
很明显，AFTER_COMMIT在master宕机的情况下，无法保证数据的一致性（master commit之后，还没来得及将日志复制到slave就宕机了）。本文接下来只讨论AFTER_SYNC模式。
MySQL5.7.3开始支持配置半同步复制等待Slave应答的个数：rpl_semi_sync_master_wait_slave_count 。

AFTER_SYNC模式下的异常情况分析

异常情况1：master宕机后，主备切换。

master执行事务T，在将事务T的binlog刷到硬盘之前，master发生宕机。slave升级为master。master重启后，crash recovery会对事务T进行回滚。主备数据一致。

master执行事务T，在将事务T的binlog刷到硬盘之后，收到slave的ACK之前，master发生宕机（存在pendinglog）。slave升级为master。

2.1 slave还没有收到事务T的binlog，master重启后，crash recovery会直接提交pendinglog。主备数据不一致。

2.2 slave已经收到事务T的binlog。主备数据一致。

异常情况2：master宕机后，不切换主机。只需考虑异常情况1中的2.1。

master重启后，直接提交pendinglog，此时，主备数据不一致：

slave连接上master，通过异步复制的方式获得事务T的binlog。主备数据一致。
slave还没来得及复制事务T的binlog，如果master又发生宕机，磁盘损坏。主备数据不一致，事务T的数据丢失。
异常情况处理

从上面异常情况的简单分析我们得知，半同步复制需要处理master宕机后重启存在pendinglog（slave没有应答的binlog）的特殊情况。

针对master宕机后，不进行主备切换的情形：

在crash recovery之后，master等到slave的连接和复制，直到至少有一个slave复制了所有已提交的事务的binlog。（SHOW MASTER STATUS on master and SELECT master_pos_wait()  on slave）。

针对master宕机后，进行主备切换的情形：

旧master重启后，在crash recovery时，对pendinglog进行回滚。（人工截断master的binlog未复制的部分？）

思考

为什么master重启之后，crash recovery的过程中，是直接commit pendinglog，而不是重试请求slave的应答呢？

MySQL的异步复制和半同步复制都是由slave触发的，slave主动去连接master同步binlog。

没有发生主备切换，机器重启后无法知道哪台机器是slave。
如果发生主备切换，它已经不是master了，则不会再有slave连上来。如果继续等待，则无法正常运行。

总结

MySQL半同步复制存在以下问题：

1. 当Slave超时时，会退化成异步复制。
2. 当Master宕机时，数据一致性无法保证，需要人工处理。
3. 复制是串行的。

正因为MySQL在主备数据一致性存在着这些问题，影响了互联网业务7*24的高可用服务，因此各大公司纷纷祭出自己的“补丁”：腾讯的TDSQL、微信的PhxSQL、阿里的AliSQL、网易的InnoSQL。

MySQL官方已经在MySQL5.7推出新的复制模式——MySQL Group Replication。

参考文献

MySQL半同步复制的数据一致性探讨

MySQL High Availability Solutions

Loss-less Semi-Synchronous Replication on MySQL 5.7.2

Enhanced semisync replication