MySQL数据库架构——高可用演进

原创  徐轶韬  MySQL解决方案工程师 

MySQL发展至今，在高可用性方面不断前进，从最初的异步复制、半同步复制、群组复制，演进到现在的InnoDB Cluster和InnoDB Replica Set。在这一篇里将说明各种高可用架构以及其适用的场景。

MySQL Replication

经典的主从复制，需要多个步骤手动进行配置。例如，用户管理，备份恢复，配置复制......。MySQL仅提供了核心功能，整体架构需要用户自己决定（大部分情况下需要定制）。在这种情况下，组织或者公司需要使用不同的技术组件，技术专家或DBA需要将大量的工作和时间投入到自动化处理。

MySQL InnoDB Cluster

2016年，MySQL推出了MySQL InnoDB Cluster，InnoDB Cluster主要包括 MySQL Group Replication（群组成员变化管理、网络分区控制、集群范围一致性......）， MySQL Shell（强有力的接口，自动化整合全部的组件）， MySQL Router（应用透明路由、负载均衡、自动应用故障转移......）以及MySQL Clone（自动化部署成员，完全整合至InnoDB Cluster）。

MySQL InnoDB Replica Set

2020年，MySQL推出MySQL InnoDB Replica Set。该功能基于经典的主从复制，完全整合MySQL Shell 和 MySQL Router。

上面简要介绍了MySQL高可用的过去和现在的解决方案，下面将详细地介绍InnoDB Cluster和InnoDB Replica Set。

MySQL InnoDB Cluster是MySQL的一体化产品解决方案，具有高可用性和可伸缩性的特点，组件包括MySQL Server、MySQL Shell、MySQL Router和MySQL Group Replication。它的目标是提供一个MySQL一体化产品，全部的组件统一开发，整合全部的组件，并进行全栈测试。此外，简单易用也是该产品的特色，使用一个统一的客户端MySQL Shell统一进行集群编排和管理。

MySQL Group Replication是分布式高可用MySQL数据库，具有容错、自动故障转移、多节点更新、自动成员管理、冲突检测/解决以及防止数据丢失功能。它是复制数据库状态机理论的实现，能够保证整体写入顺序，保证一致性。集群范围内最终一致，如果使用8.0.14之后的MySQL可以实现会话和全局范围的读写强一致性。MySQL5.7版本将这个功能GA，并支持全部的MySQL平台，包括Linux、Windows、Solaris、macOS 、FreeBSD等。

MySQL Group Replication可以用于如下场景：

一致性：数据零丢失（RPO=0）

主要成员故障时，数据不会丢失。

防止网络分区，通过大多数在线原则防止网络分区。

高 可用性：自动故障转移

自动选取主要成员

自动控制网络分区

读取扩展：

按需增加/删除节点

使用流程控制处理延迟

可配置一致性级别

最终一致

完整一致性

主主环境：

同时写入多个成员

组内顺序写入（XCOM，PAXOS理论的实现）

保证一致性

写入性能良好

乐观锁（取件于工作负载）

MySQL Router

透明访问数据库的架构，在应用程序和后端的MySQL数据库之间提供透明的路由连接。

透明客户端连接路由

负责均衡

应用程序连接故障转移

配置简单

无缝设计提供简单的HA客户端路由

路由作为应用程序栈的一部分

整合 InnoDB Cluster 和 InnoDB Replica Set

2个TCP端口用于主节点和非主节点通信

MySQL Shell

提供一个数据库管理接口，可以执行MySQL相关的全部任务。

支持多种语言：JavaScript、Python、SQL

可编写脚本

支持文档存储和关系型模型

公开完整的开发和管理API

经典的MySQL协议和X协议

MySQL Shell简单易用，可以通过它快速搭建InnoDB Cluster。

创建集群

配置实例

添加实例

启动MySQL Router

检查集群状态

MySQL InnoDB Replica Set

完全整合MySQL Router

简单易用的MySQL Shell

配置、增加、移除成员

自动化部署成员（Clone）

主从复制架构

手动进行切换和故障转移

异步读取扩展

简单的主从架构

没有硬件网络要求

提供主节点的可用性

InnoDB Replica Set可以通过克隆自动部署新成员，利用MySQL Shell自动配置用户和复制，手动配置、增加移除应用程序使用的服务器，MySQL Router或其他代理，并且能够整合MySQL Router的负载均衡能力。从而避免了以往配置主从复制时所需的繁琐步骤。

以往需要使用额外的监控工具在每台服务器上去检查拓扑状态，用户需要负责全部组件的所有配置，每一个设置都相当于定制化。使用InnoDB Replica Set可以通过MySQL Shell status()来查看拓扑状态，并且Shell会基于最佳实践配置服务器、路由和复制，以防止发生错误。

InnoDB Replica Set是一套标准的解决方案，由MySQL团队提供支持和质量保证，这个方案的优点是简单易用，初学者也可以快速掌握。

放个视频演示了解一下：

最后说明一下如何选择不同的高可用架构。

首先要明确业务的需求，高可用性越高意味着成本也越高。可以从以下几个方面去明确目标：

恢复时间目标（RTO）

服务从故障中恢复需要多长时间？

恢复点目标（RPO）

服务在故障中允许丢失的数据

故障类型

高可用：单一服务器故障，网络分区

容灾：整体地域/网络故障

人为错误：操作失误，故意破坏

程度

0

秒

分

小时

...

不同业务需求对应的架构

单一地域

RTO=小时

RPO=分

一台MySQL服务器

备份

同步日志

单一地域

RTO=小时

RPO=少于1秒

一台MySQL服务器

频繁备份

持续拉取二进制日志

   

单一地域

RTO=数分

RPO=少于1秒

MySQL InnoDB Replica Set

单一地域

RTO=数秒

RPO=0

MySQL InnoDB Cluster

多地域

地域故障

RTO=数分

RPO=数秒

MySQL InnoDB Cluster

配合使用异步复制

多地域

地域故障

RTO=数分

RPO=0

MySQL InnoDB Cluster 跨地域部署

两个地域的一致性级别设置为AFTER，或者三个地域，每个地域具有1-2个成员

写入的吞吐量受到影响，写入事务需要保证事务同步

以上是关于MySQL高可用性架构的内容，用户可以根据不同的需求选择适合自己的架构。