MySQL故障切換之應用無感知設計

1. 簡介

在資料庫中介軟體讀寫分離應用場景中，如何保證底層資料庫出現故障節點的時，中介軟體可以快速斷開或遷移資料庫連線，讓使用者無感知。
在MySQL資料庫中，提供了一個session_track_transaction_info引數來提供解決方案。
因為官方文件上沒有對該引數的說明，本文專門介紹該引數的可選值並驗證了實際的影響。

2. session_track_transaction_info引數

2.1 引數介紹

MySQL5.7中，可以通過設定session_track_transaction_info變數來跟蹤事務的狀態。

• 該引數存在global以及session兩個級別，可以動態修改。
• 該引數可以設定的值為0（預設OFF），1,2

/**
  Transaction tracking level
*/
enum enum_session_track_transaction_info {
  TX_TRACK_NONE      = 0,  ///< do not send tracker items on transaction info
  TX_TRACK_STATE     = 1,  ///< track transaction status
  TX_TRACK_CHISTICS  = 2   ///< track status and characteristics
};
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該引數允許設定的值為0，1，2

• 設定為0的時候，show variables like `%session_track_transaction_info%`顯示為OFF，表示不開啟事務狀態跟蹤
• 設定為1的時候，show variables like `%session_track_transaction_info%`顯示為STATE，表示跟蹤事務狀態
• 設定為2的時候，show variables like `%session_track_transaction_info%`顯示為CHARACTERISTICS，表示跟蹤事務狀態和語句

2.2 引數設定影響

開啟session_track_transaction_info引數的時候，在資料庫中無法直接查詢到事務狀態記錄。
根據[WL#4797]，MySQL是將事務狀態跟蹤的資訊記錄到了每一個Query請求返回的OK packet中。
可以通過抓包的方式檢視事務狀態資訊。

2.2.1 原生MySQL OK packet格式

OK Packet的資料包格式定義

型別	名字	描述
int<1>	頭部	用0x00或者0xFE表示該資料包是一個OK Packet
int	影響的行數	影響的行數
int	上次插入的id	上次插入的id
int<2>	狀態標識	如果定義了CLIENT_PROTOCOL_41,會有這一部分
int<2>	警告數量	警告的數量，如果定義了CLIENT_PROTOCOL_41,會有這一部分
int<2>	狀態標識	如果定義了CLIENT_TRANSACTIONS,會有這一部分
string	資訊	人類可讀的狀態資訊，如果定義了CLIENT_SESSION_TRACK，會有這一部分
string	會話狀態	會話狀態資訊，如果定義了SERVER_SESSION_STATE_CHANGED,會有這一部分
string	資訊	人類可讀的資訊

其中int<lenenc>和string<lenenc>中的lenenc表示的是LengthEcode。

MySQL-5.7.19程式碼中封裝OK packet的程式碼部分在protocol_classic.cc檔案中的net_send_ok()函式中。

2.2.3 session_track_transaction_info 額外補充資訊

session_track_transaction_info使用8個字元位來表示事務的資訊，並且這8個字元資訊是儲存在COM_QUERY請求語句的返回資料包中的（客戶端執行一條語句，都會被封裝成MySQL協議中的COM_QUERY請求傳送給server端，server端解析執行之後將結果封裝在資料包中返回）。

位置	表示資訊	具體代表含義
Place 1	Transaction	T 顯式的開啟一個事務 I 隱式的開啟一個事務（@autocommit=0） _ 沒有活躍的事務
Place 2	unsafe read	r 當前事務中讀取了非事務性儲存引擎的表 _ 當前事務中沒有讀取非事務性儲存引擎的表
Place 3	transaction read	R 當前事務中讀取了事務性儲存引擎的表 _ 當前事務中沒有讀取事務性儲存引擎的表
Place 4	unsafe wirte	w 當前事務中寫入了非事務性儲存引擎的表 _ 當前事務中沒有寫入非事務性儲存引擎的表
Place 5	transaction write	W 當前事務中寫入了事務性儲存引擎的表 _ 當前事務中沒有寫入事務性儲存引擎的表
Place 6	unsafe statement	s 當前事務中使用了不安全的語句，類似於UUID() _ 沒有使用類似的不安全的語句
Place 7	result-set	S 傳送給了客戶端一個結果集 _ 沒有結果集
Place 8	LOCKed TABLES	L 表被顯式的通過LOCK TABLES 語句上鎖了 _ 當前事務中沒有鎖表

2.2.2 session_track_transaction_info = 0時OK packet格式解析

session_track_transaction_info=0表示不記錄事務資訊，所有在server端返回的資料包中沒有事務狀態跟蹤資訊。

## session_track_transaction_info = 0
客戶端執行begin；封裝的資料包
06 00 00 # playload_length
00 # sequence_id
03 # command_type COM_QUERY
62 65 67 69 6e # begin

server端返回的資料包：response 
07 00 00 # playload_length 
01 # sequence_id
00 # 頭部 0x00表示是一個OK包
00 # 影響的行數 0
00 # 上次插入的id
03000000

客戶端執行insert into t1 values(55)封裝的資料包
1a 00 00 # playload_length 
00 # sequence_id
03 # command_type COM_QUERY
696e7365727420696e746f2074312076616c75657328353529 # insert into t1 values(55)

server端返回的資料包：response
07 00 00 # playload_length
01 # sequence_id
00010003000000

客戶端執行commit；封裝的資料包
07 00 00 # playload_length
00 # sequence_id
03 # command_type COM_QUERY
636f6d6d6974 # commit

server端返回的資料庫包：response
07 00 00 # playload_length
01 # sequence_id
00000002000000
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2.2.4 session_track_transaction_info = 1時OK packet格式解析

## session_track_transaction_info = 1
客戶端執行begin；封裝的資料包
06 00 00 # playload_length
00 # sequence_id
03 # command_type COM_QUERY
626567696e # begin

server端返回的資料包：response
14 00 00 # playload_length
01 # sequence_id
00 # 頭部 0x00表示是一個OK包
00 # 影響的行數 0
00 # 上次插入的id
03400000000b050908
54 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 
# 事務狀態資訊 T_______
# Place 1: 54 //顯式的開啟一個事務
# Place 2: 5f //當前事務中沒有讀取非事務性儲存引擎的表
# Place 3: 5f //當前事務中沒有讀取事務性儲存引擎的表
# Place 4: 5f //當前事務中沒有寫入非事務性儲存引擎的表
# Place 5: 5f //當前事務中沒有寫入事務性儲存引擎的表
# Place 6: 5f //當前事務中沒有使用不安全的語句
# Place 7: 5f //沒有結果集
# Place 8: 5f //沒有鎖表

客戶端執行insert into t1 values(111)封裝的資料包
1b 00 00 # playload_length
00 # sequence_id
03 # command_type COM_QUERY
696e7365727420696e746f2074312076616c7565732831313129 # insert into t1 values(111)

server端返回的資料包：response
14 00 00 # playload_length
01 # sequence_id
00010003400000000b050908 
54 5f 5f 5f 57 5f 5f 5f # 事務狀態資訊 T___W___
# Place 1: 54 //顯式的開啟一個事務
# Place 2: 5f //當前事務中沒有讀取非事務性儲存引擎的表
# Place 3: 5f //當前事務中沒有讀取事務性儲存引擎的表
# Place 4: 5f //當前事務中沒有寫入非事務性儲存引擎的表
# Place 5: 57 //當前事務中有寫入事務性儲存引擎的表
# Place 6: 5f //當前事務中沒有使用不安全的語句
# Place 7: 5f //沒有結果集
# Place 8: 5f //沒有鎖表

客戶端執行commit；封裝的資料包
07 00 00 # playload_length
00 # sequence_id
03 # command_type COM_QUERY
636f6d6d6974 # commit

server端返回的資料包：response
1400000100000002400000000b050908
5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f # 事務狀態資訊________
# Place 1: 5f //沒有活躍的事務
# Place 2: 5f //當前事務中沒有讀取非事務性儲存引擎的表
# Place 3: 5f //當前事務中沒有讀取事務性儲存引擎的表
# Place 4: 5f //當前事務中沒有寫入非事務性儲存引擎的表
# Place 5: 5f //當前事務中沒有寫入事務性儲存引擎的表
# Place 6: 5f //當前事務中沒有使用不安全的語句
# Place 7: 5f //沒有結果集
# Place 8: 5f //沒有鎖表

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2.2.5 session_track_transaction_info = 2時OK packet格式解析

將session_track_transaction_info引數設定為2的時候，會顯示更加詳細的事務狀態資訊。

客戶端執行begin；封裝的資料包
06 00 00 # playload_length
00 # sequence_id
03 # command_type COM_QUERY
626567696e # begin

server端返回的資料包：response
29 00 00 # playload_length
01 # sequence_id
000000034000000020050908
54 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f # 事務狀態資訊 T_______
0413125354415254205452414e53414354494f4e3b # START TRANSACTION;
# Place 1: 54 //顯式的開啟一個事務
# Place 2: 5f //當前事務中沒有讀取非事務性儲存引擎的表
# Place 3: 5f //當前事務中沒有讀取事務性儲存引擎的表
# Place 4: 5f //當前事務中沒有寫入非事務性儲存引擎的表
# Place 5: 5f //當前事務中沒有寫入事務性儲存引擎的表
# Place 6: 5f //當前事務中沒有使用不安全的語句
# Place 7: 5f //沒有結果集
# Place 8: 5f //沒有鎖表


客戶端執行 insert into t1 values(222)封裝的資料包
1b 00 00 # playload_length
00 # sequence_id
03 # command_type COM_QUERY
696e7365727420696e746f2074312076616c7565732832323229 # insert into t1 values(222)

server端返回的資料包：response
14 00 00 # playload_length
01 # sequence_id
00010003400000000b050908
54 5f 5f 5f 57 5f 5f 5f # 事務狀態資訊 T___W___
# Place 1: 5f //沒有活躍的事務
# Place 2: 5f //當前事務中沒有讀取非事務性儲存引擎的表
# Place 3: 5f //當前事務中沒有讀取事務性儲存引擎的表
# Place 4: 5f //當前事務中沒有寫入非事務性儲存引擎的表
# Place 5: 5f //當前事務中沒有寫入事務性儲存引擎的表
# Place 6: 5f //當前事務中沒有使用不安全的語句
# Place 7: 5f //沒有結果集
# Place 8: 5f //沒有鎖表


客戶端執行commit；封裝的資料包
07 00 00 # playload_length
00 # sequence_id
03 # command_type COM_QUERY
636f6d6d6974 # commit

server端返回的資料包：response
17 00 00 # playload_length
01 # sequence_id
00000002400000000e050908 
5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f # 事務狀態資訊 ________
040100
# Place 1: 5f //沒有活躍的事務
# Place 2: 5f //當前事務中沒有讀取非事務性儲存引擎的表
# Place 3: 5f //當前事務中沒有讀取事務性儲存引擎的表
# Place 4: 5f //當前事務中沒有寫入非事務性儲存引擎的表
# Place 5: 5f //當前事務中沒有寫入事務性儲存引擎的表
# Place 6: 5f //當前事務中沒有使用不安全的語句
# Place 7: 5f //沒有結果集
# Place 8: 5f //沒有鎖表

複製程式碼

3. 總結

在設定session_track_transaction_info引數之後，在MySQL的返回資料包中可以獲取到當前連線的事務狀態資訊。
在資料庫中介軟體上，利用這一特性，使得MySQL故障的情況下，能夠自動遷移連線，減少對使用者影響。
在部分場景下能夠達到底層MySQL節點故障切換了，對應用來說可以無感知的切換過去。