MySQL数据库是目前开源应用最流行的关系型数据库，有大量的应用将数据存储在MySQL数据库中。存储数据的安全性和可靠性是生产数据库的重点。本文分析目前采用的保证MySQL可用性的方案。MySQLReplicationMySQLReplication是MySQL官方提供的一种主从同步方案，用于将一个MySQL实例的数据同步到另一个实例。复制为保证数据安全做出了重要保障，也是目前使用最广泛的MySQL容灾解决方案。Replication构建一个具有两个或多个实例的MySQL主从复制集群，提供单点写、多点读服务，实现读scaleout。图1.MySQLReplication主从复制集群如图1所示，有1个主实例（M）和3个从实例（S）。Master通过复制，生成事件的binlog，然后发送给slave，slave将事件写入relaylog，再提交给自己的数据库，实现主从数据同步。对于数据库之上的业务层，基于MySQL的主从复制集群，单点写入Master。事件同步到Slave后，读逻辑可以从任意Slave读取数据。降低Master的运行负荷，同时提高Slave的资源利用率。为了高可用，MySQLReplication有一个重要的缺陷：数据复制的延迟。一般情况下，MySQLReplication数据复制是异步的，即MySQL写完binlog后，发送给slave，不等待slave返回确认接收，提交本地事务。一旦出现网络延迟或中断，数据延迟发送到从端，主从数据就会不一致。这个阶段一旦Master宕机，没有发送给Slave的数据就会丢失，无法实现数据的高可用。为了解决这个问题，谷歌提供了一种解决方案：半同步同步复制。在数据异步复制的基础上，做了一点修改。半同步复制是指Master等待事件写入Slave的中继，然后在本地提交，保证Slave一定已经收到需要同步的数据。同步复制不仅需要Slave接收数据，还需要Slave向数据库提交数据，从而保证每次写入数据时主从数据一致。在半同步和同步复制的基础上，MySQLReplication的高可用得到了质的提升，尤其是同步复制。基于同步复制的MySQLReplication集群，各个实例读取的数据是一致的，不会出现slave幻读。同时，Master宕机后，将应用切换到任意一个Slave上，可以保证读写数据的一致性。然而，同步复制会带来显着的性能损失，这里需要权衡。另外，MySQLReplication的主从切换需要人工干预和判断，需要提交slave的replaylog，故障恢复时间较长。MySQLFabricMySQLFabric是MySQL社区提供的一个扩展，用于管理多个MySQL服务。高可用性是其设计的主要特点之一。Fabric将两个或多个MySQL实例划分为一个HAGroup。其中一个是主人，其余的是奴隶。HAGroup保证始终可以访问指定HAGroup的数据。它的基础数据复制是基于MySQLReplication，然后，Fabric提供了更多的特性：故障检测和恢复：Fabric监控HAGroup中的主实例，一旦发现主实例失效，Fabric将移除剩余的从实例从HA组中选择一个，并将其提升为主实例。读写均衡：Fabric可以自动处理一个HAGroup的读写操作，将写操作发送给master实例，并在多个slave实例之间负载均衡读请求。图2FabricMHAMHA（MySQL-master-ha）是目前应用广泛的MySQL主从复制的高可用方案。MHA的设计目标是自动实现主实例宕机后，从机切换到主机，并尽量减少切换延迟（一般在10-30s内完成切换）。同时，MHA保证切换过程中的数据一致性。MHA对MySQL的主从复制集群非常友好，无需对集群进行任何侵入式修改。MHA的一个关键特性是：在主实例宕机后，MHA可以自动判断主从复制集群中哪个从实例的relaylog最好，并将最从实例的差异日志“应用”到其余来自实例，从而保证每个实例的数据是一致的。正常情况下，MHA需要10s左右的时间检测到主实例异常，并关闭主实例，避免脑裂。然后用10s左右同步difference的logevent，启用新的Master。整个MHA的RTO时间约为30s。MySQLClusterMySQLCluster是一个高度可扩展的实时数据库，与ACID事务兼容。基于分布式架构，不存在单点故障。MySQLCluster支持自动水平扩展和自动读写负载均衡。MySQLCluster使用一个叫做NDB的内存存储引擎来集成多个MySQL实例，提供一个统一的服务集群。如图3所示。图3.MySQLCluster组成MySQLCluster由SQLNodes、DataNodes和NDBManagementServer组成。SQL节点是应用程序的接口。与普通的mysqld服务一样，它接受用户的SQL输入，执行并返回结果。DataNodes是数据存储节点，NDBManagementServer用于管理集群中的各个节点。MySQLCluster采用新的数据分片和容错方式，实现数据安全和高可用。它由Partition、Replica、DataNode和NodeGroup组成。Partition：NDB中一个表的一个数据片段，包含了一个表的部分数据。副本：分区的副本。一个Partition可以有一个或多个Replica，一个Partition的所有Replica数据都是一致的。DataNode：Replica的存储载体，每个Node存储一个或多个Replica。节点组：数据节点的集合。图4.MySQLCluster数据高可用一个MySQLCluster有4个Node，分为两个Group。Node1和2属于Group0，Node3和4属于Group1。一张表分为4个Partition，每个Partition有两个Replica。Partition0和Partition2的两个Replica分别存储在Node1和Node2上，Pratition1和Partition3的两个Replica分别存储在Node3和Node4上。这样，对于一张表的一个Partition，整个集群有两份数据，分布在两个独立的Node上，实现了数据容灾。同时，每次对一个Partition的写操作都会呈现在两个Replicas上。如果PrimaryReplica出现异常，BackupReplica可以立即提供服务，实现数据的高可用。总结本文分析了MySQL目前使用的几种MySQL数据复制和高可用方案。从使用的角度来看，MySQLReplication是使用最广泛的数据复制解决方案，因为它是MySQL原生支持的。缺陷导致了半同步复制、强同步复制等高可用方案。在此基础上，为了方便运维，MySQLFabric和MHA应运而生，从不同方向解决了主从切换时的数据一致性和流程自动化问题。另外，随着分布式系统架构和解决方案的逐渐成熟。MySQLCluster设计了全新的分布式架构，采用多副本、分片等特性，支持水平扩展，实现了5个9的数据库服务质量保证。
