MySQL資料庫架構——高可用演進

MySQL發展至今，在高可用性方面不斷前進，從最初的非同步複製、半同步複製、群組複製，演進到現在的InnoDB Cluster和InnoDB Replica Set。在這一篇裡將說明各種高可用架構以及其適用的場景。

MySQL Replication

經典的主從複製，需要多個步驟手動進行配置。例如，使用者管理，備份恢復，配置複製......。MySQL僅提供了核心功能，整體架構需要使用者自己決定（大部分情況下需要定製）。在這種情況下，組織或者公司需要使用不同的技術元件，技術專家或DBA需要將大量的工作和時間投入到自動化處理。

MySQL InnoDB Cluster

2016年，MySQL推出了MySQL InnoDB Cluster，InnoDB Cluster主要包括 MySQL Group Replication（群組成員變化管理、網路分割槽控制、叢集範圍一致性......）， MySQL Shell（強有力的介面，自動化整合全部的元件）， MySQL Router（應用透明路由、負載均衡、自動應用故障轉移......）以及MySQL Clone（自動化部署成員，完全整合至InnoDB Cluster）。

MySQL InnoDB Replica Set

2020年，MySQL推出MySQL InnoDB Replica Set。該功能基於經典的主從複製，完全整合MySQL Shell 和 MySQL Router。

上面簡要介紹了MySQL高可用的過去和現在的解決方案，下面將詳細地介紹InnoDB Cluster和InnoDB Replica Set。

MySQL InnoDB Cluster是MySQL的一體化產品解決方案，具有高可用性和可伸縮性的特點，元件包括MySQL Server、MySQL Shell、MySQL Router和MySQL Group Replication。它的目標是提供一個MySQL一體化產品，全部的元件統一開發，整合全部的元件，並進行全棧測試。此外，簡單易用也是該產品的特色，使用一個統一的客戶端MySQL Shell統一進行叢集編排和管理。

MySQL Group Replication是分散式高可用MySQL資料庫，具有容錯、自動故障轉移、多節點更新、自動成員管理、衝突檢測/解決以及防止資料丟失功能。它是複製資料庫狀態機理論的實現，能夠保證整體寫入順序，保證一致性。叢集範圍內最終一致，如果使用8.0.14之後的MySQL可以實現會話和全域性範圍的讀寫強一致性。MySQL5.7版本將這個功能GA，並支援全部的MySQL平臺，包括Linux、Windows、Solaris、macOS 、FreeBSD等。

MySQL Group Replication可以用於如下場景：

一致性：資料零丟失（RPO=0）

• 主要成員故障時，資料不會丟失。
  
• 防止網路分割槽，透過大多數線上原則防止網路分割槽。

高 可用性：自動故障轉移

• 自動選取主要成員
  
• 自動控制網路分割槽

讀取擴充套件：

• 按需增加/刪除節點
• 使用流程控制處理延遲
  
• 可配置一致性級別
  

• 最終一致
• 完整一致性
  

主主環境：

• 同時寫入多個成員

• 組內順序寫入（XCOM，PAXOS理論的實現）
  
• 保證一致性

• 寫入效能良好
  

• 樂觀鎖（取件於工作負載）

MySQL Router

透明訪問資料庫的架構，在應用程式和後端的MySQL資料庫之間提供透明的路由連線。

• 透明客戶端連線路由
• 負責均衡
• 應用程式連線故障轉移
  
• 配置簡單
  
• 無縫設計提供簡單的HA客戶端路由
  
• 路由作為應用程式棧的一部分
• 整合 InnoDB Cluster 和 InnoDB Replica Set
  
• 2個TCP埠用於主節點和非主節點通訊
  

  
  

MySQL Shell

提供一個資料庫管理介面，可以執行MySQL相關的全部任務。

• 支援多種語言：JavaScript、Python、SQL
  
• 可編寫指令碼
  
• 支援文件儲存和關係型模型
  
• 公開完整的開發和管理API
• 經典的MySQL協議和X協議

MySQL Shell簡單易用，可以透過它快速搭建InnoDB Cluster。

建立叢集

配置例項

新增例項

啟動MySQL Router

檢查叢集狀態

MySQL InnoDB Replica Set

• 完全整合MySQL Router
  
• 簡單易用的MySQL Shell
  
• 配置、增加、移除成員
  
• 自動化部署成員（Clone）
• 主從複製架構
  
• 手動進行切換和故障轉移
  
• 非同步讀取擴充套件
  
• 簡單的主從架構
  
• 沒有硬體網路要求
• 提供主節點的可用性

InnoDB Replica Set可以透過克隆自動部署新成員，利用MySQL Shell自動配置使用者和複製，手動配置、增加移除應用程式使用的伺服器，MySQL Router或其他代理，並且能夠整合MySQL Router的負載均衡能力。從而避免了以往配置主從複製時所需的繁瑣步驟。

以往需要使用額外的監控工具在每臺伺服器上去檢查拓撲狀態，使用者需要負責全部元件的所有配置，每一個設定都相當於定製化。使用InnoDB Replica Set可以透過MySQL Shell status()來檢視拓撲狀態，並且Shell會基於最佳實踐配置伺服器、路由和複製，以防止發生錯誤。

InnoDB Replica Set是一套標準的解決方案，由MySQL團隊提供支援和質量保證，這個方案的優點是簡單易用，初學者也可以快速掌握。

放個影片演示瞭解一下：

最後說明一下如何選擇不同的高可用架構。

首先要明確業務的需求，高可用性越高意味著成本也越高。可以從以下幾個方面去明確目標：

• 恢復時間目標（RTO）
  
• 服務從故障中恢復需要多長時間？
• 恢復點目標（RPO）
  
• 服務在故障中允許丟失的資料
  
• 故障型別
  
• 高可用：單一伺服器故障，網路分割槽
  
• 容災：整體地域/網路故障
  
• 人為錯誤：操作失誤，故意破壞
  
• 程度
• 0
  
• 秒
• 分
• 小時
• ...

不同業務需求對應的架構

單一地域

• RTO=小時
• RPO=分
• 一臺MySQL伺服器
  
• 備份
  

• 同步日誌

單一地域

• RTO=小時
  
• RPO=少於1秒
• 一臺MySQL伺服器
  
• 頻繁備份
• 持續拉取二進位制日誌

   

單一地域

• RTO=數分
  
• RPO=少於1秒
  

• MySQL InnoDB Replica Set

• 

單一地域

• RTO=數秒
  
• RPO=0
  

• MySQL InnoDB Cluster

  

多地域

• 地域故障
  
• RTO=數分
  
• RPO=數秒
  
• MySQL InnoDB Cluster
  

• 配合使用非同步複製

多地域

• 地域故障
  
• RTO=數分
  
• RPO=0
  
• MySQL InnoDB Cluster 跨地域部署
  
• 兩個地域的一致性級別設定為AFTER，或者三個地域，每個地域具有1-2個成員
• 寫入的吞吐量受到影響，寫入事務需要保證事務同步

以上是關於MySQL高可用性架構的內容，使用者可以根據不同的需求選擇適合自己的架構。