前面一篇，我們學習到了MySQL多版本併發控制（MVCC）實現原理，這一篇我們接著學習MySQL主從複製模式下的延遲解決方案。
MySQL主從延遲是指從庫的資料同步比主庫略有延遲，造成資料差異。MySQL主從複製模式一般採用以下方法降低延遲：
1、最佳化網路環境：主從複製時，減小主從伺服器之間網路延遲對資料庫同步的影響。可以考慮最佳化網路之間連線的頻寬、增加從庫的硬體效能等。
2、增加從庫數量：增加從庫數量可以增加資料同步的速度和可靠性，同時也能減少每個從庫的負擔，提高從庫響應速度。
3、調整資料庫相關引數：可以調整一些MySQL資料庫中的相關引數，比如調整binlog格式、binlog緩衝區大小、innodb_flush_log_at_trx_commit等引數，採用半同步模式，以加快資料的同步速度。
4、分割槽資料庫：將資料庫分成多個區，每個從庫只複製自己所需要的資料區，可以有效的減少排隊堵塞、網路傳輸等方面的延遲問題。
綜上所述，最佳化網路環境、增加從庫數量、調整資料庫相關引數、分割槽資料庫等方法可以有效的降低MySQL主從複製模式的延遲。
什麼是主從延遲
在討論如何解決主從延遲之前，我們先了解下什麼是主從延遲。
為了完成主從複製，從庫需要透過 I/O 執行緒獲取主庫中 dump 執行緒讀取的 binlog 內容並寫入到自己的中繼日誌 relay log 中，從庫的 SQL 執行緒再讀取中繼日誌，重做中繼日誌中的日誌，相當於再執行一遍 SQL，更新自己的資料庫，以達到資料的一致性。
與資料同步有關的時間點主要包括以下三個：
1、主庫執行完一個事務，寫入 binlog，將這個時刻記為 T1；
2、之後傳給從庫，將從庫接收完這個 binlog 的時刻記為 T2；
3、從庫執行完成這個事務，將這個時刻記為 T3。
所謂主從延遲，就是同一個事務，從庫執行完成的時間與主庫執行完成的時間之差，也就是 T3 - T1。
可以在備庫上執行 show slave status 命令，它的返回結果裡面會顯示 seconds_behind_master，用於表示當前備庫延遲了多少秒。
seconds_behind_master 的計算方法是這樣的：
1、每個事務的 binlog 裡面都有一個時間欄位，用於記錄主庫上寫入的時間；
2、備庫取出當前正在執行的事務的時間欄位的值，計算它與當前系統時間的差值，得到 seconds_behind_master。
在網路正常的時候，日誌從主庫傳給從庫所需的時間是很短的，即 T2 - T1 的值是非常小的。也就是說，網路正常情況下，主從延遲的主要來源是從庫接收完 binlog 和執行完這個事務之間的時間差。
由於主從延遲的存在，我們可能會發現，資料剛寫入主庫，結果卻查不到，因為可能還未同步到從庫。主從延遲越嚴重，該問題也愈加明顯。
主從延遲的來源
主庫和從庫在執行同一個事務的時候出現時間差的問題，主要原因包括但不限於以下幾種情況：
1、有些部署條件下，從庫所在機器的效能要比主庫效能差。
2、從庫的壓力較大，即從庫承受了大量的請求。
3、執行大事務。因為主庫上必須等事務執行完成才會寫入 binlog，再傳給備庫。如果一個主庫上語句執行 10 分鐘，那麼這個事務可能會導致從庫延遲 10 分鐘。
4、從庫的並行複製能力。
主從延遲的解決方案
解決主從延遲主要有以下方案：
1、配合 semi-sync 半同步複製；
2、一主多從，分攤從庫壓力；
3、強制走主庫方案（強一致性）；
4、sleep 方案：主庫更新後，讀從庫之前先 sleep 一下；
5、判斷主備無延遲方案（例如判斷 seconds_behind_master 引數是否已經等於 0、對比位點）；
6、並行複製 — 解決從庫複製延遲的問題；
這裡主要介紹我在專案中使用的幾種方案，分別是半同步複製、實時性操作強制走主庫、並行複製。
半同步複製
MySQL 有三種同步模式，分別是：
「非同步複製」：MySQL 預設的複製即是非同步的，主庫在執行完客戶端提交的事務後會立即將結果返給客戶端，並不關心從庫是否已經接收並處理。這樣就會有一個問題，一旦主庫當機，此時主庫上已經提交的事務可能因為網路原因並沒有傳到從庫上，如果此時執行故障轉移，強行將從提升為主，可能導致新主上的資料不完整。
「全同步複製」：指當主庫執行完一個事務，並且所有的從庫都執行了該事務，主庫才提交事務並返回結果給客戶端。因為需要等待所有從庫執行完該事務才能返回，所以全同步複製的效能必然會收到嚴重的影響。
「半同步複製」：是介於全同步複製與全非同步複製之間的一種，主庫只需要等待至少一個從庫接收到並寫到 Relay Log 檔案即可，主庫不需要等待所有從庫給主庫返回 ACK。主庫收到這個 ACK 以後，才能給客戶端返回 “事務完成” 的確認。
MySQL 預設的複製是非同步的，所以主庫和從庫的資料會有一定的延遲，更重要的是非同步複製可能會引起資料的丟失。但是全同步複製又會使得完成一個事務的時間被拉長，帶來效能的降低。因此我把目光轉向半同步複製。從 MySQL 5.5 開始，MySQL 以外掛的形式支援 semi-sync 半同步複製。
相對於非同步複製，半同步複製提高了資料的安全性，減少了主從延遲，當然它也還是有一定程度的延遲，這個延遲最少是一個 TCP/IP 往返的時間。所以，半同步複製最好在低延時的網路中使用。
需要注意的是：
1、主庫和從庫都要啟用半同步複製才會進行半同步複製功能，否則主庫會還原為預設的非同步複製。
2、如果在等待過程中，等待時間已經超過了配置的超時時間，沒有收到任何一個從庫的 ACK，那麼此時主庫會自動轉換為非同步複製。當至少一個半同步從節點趕上來時，主庫便會自動轉換為半同步複製。
半同步複製的潛在問題
在傳統的半同步複製中（MySQL 5.5 引入），主庫寫資料到 binlog，並且執行 commit 提交事務後，會一直等待一個從庫的 ACK，即從庫寫入 Relay Log 後，並將資料落盤，再返回給主庫 ACK，主庫收到這個 ACK 以後，才能給客戶端返回 “事務完成” 的確認。
這樣會出現一個問題，就是實際上主庫已經將該事務 commit 到了儲存引擎層，應用已經可以看到資料發生了變化，只是在等待返回而已。如果此時主庫當機，可能從庫還沒寫入 Relay Log，就會發生主從庫資料不一致。
為了解決上述問題，MySQL 5.7 引入了增強半同步複製。針對上面這個圖，“Waiting Slave dump” 被調整到了 “Storage Commit” 之前，即主庫寫資料到 binlog 後，就開始等待從庫的應答 ACK，直到至少一個從庫寫入 Relay Log 後，並將資料落盤，然後返回給主庫 ACK，通知主庫可以執行 commit 操作，然後主庫再將事務提交到事務引擎層，應用此時才可以看到資料發生了變化。
當然之前的半同步方案同樣支援，MySQL 5.7.2 引入了一個新的引數 rpl_semi_sync_master_wait_point 進行控制。這個引數有兩種取值：
1、AFTER_SYNC：這個是新的半同步方案，Waiting Slave dump 在 Storage Commit 之前。
2、AFTER_COMMIT：這個是老的半同步方案。
在 MySQL 5.5 – 5.6 使用 after_commit 的模式下，客戶端事務在儲存引擎層提交後，在主庫等待從庫確認的過程中，主庫當機了。此時，結果雖然沒有返回給當前客戶端，但事務已經提交了，其他客戶端會讀取到該已提交的事務。如果從庫沒有接收到該事務或者未寫入 relay log，同時主庫當機了，之後切換到備庫，那麼之前讀到的事務就不見了，出現了幻讀，也就是資料丟失了。
MySQL 5.7 預設值則是 after_sync，主庫將每個事務寫入 binlog，傳給從庫並重新整理到磁碟 (relay log)。主庫等到從庫返回 ack 之後，再提交事務並且返回 commit OK 結果給客戶端。 即使主庫 crash，所有在主庫上已經提交的事務都能保證已經同步到從庫的 relay log 中，解決了 after_commit 模式帶來的幻讀和資料丟失問題，故障切換時資料一致性將得到提升。因為從庫沒有寫入成功的話主庫也不會提交事務。並且在 commit 之前等待從庫 ACK，還可以堆積事務，有利於 group commit 組提交，有利於提升效能。
但這樣也會有個問題，假設主庫在儲存引擎提交之前掛了，那麼很明顯這個事務是不成功的，但由於對應的 Binlog 已經做了 Sync 操作，從庫已經收到了這些 Binlog，並且執行成功，相當於在從庫上多了資料（從庫上有該資料而主庫沒有），也算是有問題的，但多了資料一般不算嚴重的問題。它能保證的是不丟資料，多了資料總比丟資料要好。
一主多從
如果從庫承擔了大量查詢請求，那麼從庫上的查詢操作將耗費大量的 CPU 資源，從而影響了同步速度，造成主從延遲。那麼我們可以多接幾個從庫，讓這些從庫來共同分擔讀的壓力。
簡而言之，就是加機器，方法簡單粗暴，但也會帶來一定成本。
強制走主庫方案
如果某些操作對資料的實時性要求比較苛刻，需要反映實時最新的資料，比如說涉及金錢的金融類系統、線上實時系統、又或者是寫入之後馬上又讀的業務，這時我們就得放棄讀寫分離，讓此類的讀請求也走主庫，這就不存延遲問題了。
當然這也失去了讀寫分離帶給我們的效能提升，需要適當取捨。
並行複製
一般 MySQL 主從複製有三個執行緒參與，都是單執行緒：Binlog Dump 執行緒、IO 執行緒、SQL 執行緒。複製出現延遲一般出在兩個地方：
1、SQL 執行緒忙不過來（主要原因）；
2、網路抖動導致 IO 執行緒複製延遲（次要原因）。
日誌在備庫上的執行，就是備庫上 SQL 執行緒執行中繼日誌（relay log）更新資料的邏輯。
在 MySQL 5.6 版本之前，MySQL 只支援單執行緒複製，由此在主庫併發高、TPS 高時就會出現嚴重的主備延遲問題。從 MySQL 5.6 開始有了多個 SQL 執行緒的概念，可以併發還原資料，即並行複製技術。這可以很好的解決 MySQL 主從延遲問題。
從單執行緒複製到最新版本的多執行緒複製，中間的演化經歷了好幾個版本。其實說到底，所有的多執行緒複製機制，都是要把只有一個執行緒的 sql_thread，拆成多個執行緒，也就是都符合下面的這個多執行緒模型：
coordinator 就是原來的 sql_thread，不過現在它不再直接更新資料了，只負責讀取中轉日誌和分發事務。真正更新日誌的，變成了 worker 執行緒。而 worker 執行緒的個數，就是由引數 slave_parallel_workers 決定的。
由於 worker 執行緒是併發執行的，為了保證事務的隔離性以及不會出現更新覆蓋問題，coordinator 在分發的時候，需要滿足以下這兩個基本要求：
更新同一行的兩個事務，必須被分發到同一個 worker 中（避免更新覆蓋）。
同一個事務不能被拆開，必須放到同一個 worker 中（保證事務隔離性）。
各個版本的多執行緒複製，都遵循了這兩條基本原則。
以下是按表分發策略和按行分發策略，可以幫助理解 MySQL 官方版本並行複製策略的迭代：
1、按表分發策略：如果兩個事務更新不同的表，它們就可以並行。因為資料是儲存在表裡的，所以按表分發，可以保證兩個 worker 不會更新同一行。
按表分發的方案，在多個表負載均勻的場景裡應用效果很好，但缺點是：如果碰到熱點表，比如所有的更新事務都會涉及到某一個表的時候，所有事務都會被分配到同一個 worker 中，就變成單執行緒複製了。
2、按行分發策略：如果兩個事務沒有更新相同的行，則它們在備庫上可以並行。顯然，這個模式要求 binlog 格式必須是 row。
按行並行複製的方案解決了熱點表的問題，並行度更高，但缺點是：相比於按表並行分發策略，按行並行策略在決定執行緒分發的時候，需要消耗更多的計算資源。
MySQL 5.6 版本的並行複製策略
MySQL 5.6 版本，支援了並行複製，只是支援的粒度是按庫並行（基於 Schema）。
其核心思想是：不同 schema 下的表併發提交時的資料不會相互影響，即從庫可以對 relay log 中不同的 schema各分配一個類似 SQL 執行緒功能的執行緒，來重放 relay log 中主庫已經提交的事務，保持資料與主庫一致。
如果在主庫上有多個 DB，使用這個策略對於從庫複製的速度可以有比較大的提升。但通常情況下都是單庫多表，那基於庫的併發也就沒有什麼作用，根本無法並行重放，所以這個策略用得並不多。
MySQL 5.7 的並行複製策略
MySQL 5.7 引入了基於組提交的並行複製，引數 slave_parallel_workers 設定並行執行緒數，由引數 slave-parallel-type 來控制並行複製策略：
配置為 DATABASE，表示使用 MySQL 5.6 版本的按庫並行策略；
配置為 LOGICAL_CLOCK，表示使用基於組提交的並行複製策略；
利用 binlog 的組提交 (group commit) 機制，可以得出一個組提交的事務都是可以並行執行的，原因是：能夠在同一組裡提交的事務，一定不會修改同一行（由於 MySQL 的鎖機制），因為事務已經透過鎖衝突的檢驗了。
基於組提交的並行複製具體流程如下：
1、在一組裡面一起提交的事務，有一個相同的 commit_id，下一組就是 commit_id+1；commit_id 直接寫到 binlog 裡面；
2、傳到備庫應用的時候，相同 commit_id 的事務分發到多個 worker 執行；
3、這一組全部執行完成後，coordinator 再去取下一批執行。
所有處於 prepare 和 commit 狀態的事務都是可以在備庫上並行執行的。
binlog 的組提交的兩個有關引數：
binlog_group_commit_sync_delay 引數，表示延遲多少微秒後才呼叫 fsync 刷盤；
binlog_group_commit_sync_no_delay_count 引數，表示累積多少次以後才呼叫 fsync。
這兩個引數是用於故意拉長 binlog 從 write 到 fsync 的時間，以此減少 binlog 的寫盤次數。在 MySQL 5.7 的並行複製策略裡，它們可以用來製造更多的“同時處於 prepare 階段的事務”。可以考慮調整這兩個引數值，來達到提升備庫複製併發度的目的。