基于GTID的主备切换

GTID

通过sql_slave_skip_counter跳过事务和通过slave_skip_errors忽略错误的方法，虽然都最终可以建立从库B和新主库A’的主备关系，但这两种操作都很复杂，而且容易出错。所以，MySQL 5.6版本引入了GTID，彻底解决了这个困难。

那么，GTID到底是什么意思，又是如何解决找同步位点这个问题呢？现在，我就和你简单介绍一下。

GTID的全称是Global Transaction Identifier，也就是全局事务ID，是一个事务在提交的时候生成的，是这个事务的唯一标识。它由两部分组成，格式是：

GTID=server_uuid:gno 

其中：

• server_uuid是一个实例第一次启动时自动生成的，是一个全局唯一的值；
• gno是一个整数，初始值是1，每次提交事务的时候分配给这个事务，并加1。

这里我需要和你说明一下，在MySQL的官方文档里，GTID格式是这么定义的：

GTID=source_id:transaction_id 

这里的source_id就是server_uuid；而后面的这个transaction_id，我觉得容易造成误导，所以我改成了gno。为什么说使用transaction_id容易造成误解呢？

因为，在MySQL里面我们说transaction_id就是指事务id，事务id是在事务执行过程中分配的，如果这个事务回滚了，事务id也会递增，而gno是在事务提交的时候才会分配。

从效果上看，GTID往往是连续的，因此我们用gno来表示更容易理解。

GTID模式的启动也很简单，我们只需要在启动一个MySQL实例的时候，加上参数gtid_mode=on和enforce_gtid_consistency=on就可以了。

在GTID模式下，每个事务都会跟一个GTID一一对应。这个GTID有两种生成方式，而使用哪种方式取决于session变量gtid_next的值。

1. 如果gtid_next=automatic，代表使用默认值。这时，MySQL就会把server_uuid:gno分配给这个事务。
   a. 记录binlog的时候，先记录一行 SET @@SESSION.GTID_NEXT=‘server_uuid:gno’;
   b. 把这个GTID加入本实例的GTID集合。
2. 如果gtid_next是一个指定的GTID的值，比如通过set gtid_next='current_gtid’指定为current_gtid，那么就有两种可能：
   a. 如果current_gtid已经存在于实例的GTID集合中，接下来执行的这个事务会直接被系统忽略；
   b. 如果current_gtid没有存在于实例的GTID集合中，就将这个current_gtid分配给接下来要执行的事务，也就是说系统不需要给这个事务生成新的GTID，因此gno也不用加1。

注意，一个current_gtid只能给一个事务使用。这个事务提交后，如果要执行下一个事务，就要执行set 命令，把gtid_next设置成另外一个gtid或者automatic。

这样，每个MySQL实例都维护了一个GTID集合，用来对应“这个实例执行过的所有事务”。

这样看上去不太容易理解，接下来我就用一个简单的例子，来和你说明GTID的基本用法。

我们在实例X中创建一个表t。

CREATE TABLE `t` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `c` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;

insert into t values(1,1); 

图4 初始化数据的binlog

可以看到，事务的BEGIN之前有一条SET @@SESSION.GTID_NEXT命令。这时，如果实例X有从库，那么将CREATE TABLE和insert语句的binlog同步过去执行的话，执行事务之前就会先执行这两个SET命令， 这样被加入从库的GTID集合的，就是图中的这两个GTID。

假设，现在这个实例X是另外一个实例Y的从库，并且此时在实例Y上执行了下面这条插入语句：

insert into t values(1,1); 

并且，这条语句在实例Y上的GTID是 “aaaaaaaa-cccc-dddd-eeee-ffffffffffff:10”。

那么，实例X作为Y的从库，就要同步这个事务过来执行，显然会出现主键冲突，导致实例X的同步线程停止。这时，我们应该怎么处理呢？

处理方法就是，你可以执行下面的这个语句序列：

set gtid_next='aaaaaaaa-cccc-dddd-eeee-ffffffffffff:10';
begin;
commit;
set gtid_next=automatic;
start slave; 

其中，前三条语句的作用，是通过提交一个空事务，把这个GTID加到实例X的GTID集合中。如图5所示，就是执行完这个空事务之后的show master status的结果。

图5 show master status结果

可以看到实例X的Executed_Gtid_set里面，已经加入了这个GTID。

这样，我再执行start slave命令让同步线程执行起来的时候，虽然实例X上还是会继续执行实例Y传过来的事务，但是由于“aaaaaaaa-cccc-dddd-eeee-ffffffffffff:10”已经存在于实例X的GTID集合中了，所以实例X就会直接跳过这个事务，也就不会再出现主键冲突的错误。

在上面的这个语句序列中，start slave命令之前还有一句set gtid_next=automatic。这句话的作用是“恢复GTID的默认分配行为”，也就是说如果之后有新的事务再执行，就还是按照原来的分配方式，继续分配gno=3。

基于GTID的主备切换

现在，我们已经理解GTID的概念，再一起来看看基于GTID的主备复制的用法。

在GTID模式下，备库B要设置为新主库A’的从库的语法如下：

CHANGE MASTER TO 
MASTER_HOST=$host_name 
MASTER_PORT=$port 
MASTER_USER=$user_name 
MASTER_PASSWORD=$password 
master_auto_position=1 

其中，master_auto_position=1就表示这个主备关系使用的是GTID协议。可以看到，前面让我们头疼不已的MASTER_LOG_FILE和MASTER_LOG_POS参数，已经不需要指定了。

我们把现在这个时刻，实例A’的GTID集合记为set_a，实例B的GTID集合记为set_b。接下来，我们就看看现在的主备切换逻辑。

我们在实例B上执行start slave命令，取binlog的逻辑是这样的：

1. 实例B指定主库A’，基于主备协议建立连接。
2. 实例B把set_b发给主库A’。
3. 实例A’算出set_a与set_b的差集，也就是所有存在于set_a，但是不存在于set_b的GITD的集合，判断A’本地是否包含了这个差集需要的所有binlog事务。
   a. 如果不包含，表示A’已经把实例B需要的binlog给删掉了，直接返回错误；
   b. 如果确认全部包含，A’从自己的binlog文件里面，找出第一个不在set_b的事务，发给B；
4. 之后就从这个事务开始，往后读文件，按顺序取binlog发给B去执行。

其实，这个逻辑里面包含了一个设计思想：在基于GTID的主备关系里，系统认为只要建立主备关系，就必须保证主库发给备库的日志是完整的。因此，如果实例B需要的日志已经不存在，A’就拒绝把日志发给B。

这跟基于位点的主备协议不同。基于位点的协议，是由备库决定的，备库指定哪个位点，主库就发哪个位点，不做日志的完整性判断。

基于上面的介绍，我们再来看看引入GTID后，一主多从的切换场景下，主备切换是如何实现的。

由于不需要找位点了，所以从库B、C、D只需要分别执行change master命令指向实例A’即可。

其实，严谨地说，主备切换不是不需要找位点了，而是找位点这个工作，在实例A’内部就已经自动完成了。但由于这个工作是自动的，所以对HA系统的开发人员来说，非常友好。

之后这个系统就由新主库A’写入，主库A’的自己生成的binlog中的GTID集合格式是：server_uuid_of_A’:1-M。

如果之前从库B的GTID集合格式是 server_uuid_of_A:1-N， 那么切换之后GTID集合的格式就变成了server_uuid_of_A:1-N, server_uuid_of_A’:1-M。

当然，主库A’之前也是A的备库，因此主库A’和从库B的GTID集合是一样的。这就达到了我们预期。

GTID和在线DDL

接下来，我再举个例子帮你理解GTID。

之前在第22篇文章《MySQL有哪些“饮鸩止渴”提高性能的方法？》中，我和你提到业务高峰期的慢查询性能问题时，分析到如果是由于索引缺失引起的性能问题，我们可以通过在线加索引来解决。但是，考虑到要避免新增索引对主库性能造成的影响，我们可以先在备库加索引，然后再切换。

当时我说，在双M结构下，备库执行的DDL语句也会传给主库，为了避免传回后对主库造成影响，要通过set sql_log_bin=off关掉binlog。

评论区有位同学提出了一个问题：这样操作的话，数据库里面是加了索引，但是binlog并没有记录下这一个更新，是不是会导致数据和日志不一致？

这个问题提得非常好。当时，我在留言的回复中就引用了GTID来说明。今天，我再和你展开说明一下。

假设，这两个互为主备关系的库还是实例X和实例Y，且当前主库是X，并且都打开了GTID模式。这时的主备切换流程可以变成下面这样：

• 在实例X上执行stop slave。
• 在实例Y上执行DDL语句。注意，这里并不需要关闭binlog。
• 执行完成后，查出这个DDL语句对应的GTID，并记为 server_uuid_of_Y:gno。
• 到实例X上执行以下语句序列：

set GTID_NEXT="server_uuid_of_Y:gno";
begin;
commit;
set gtid_next=automatic;
start slave; 

这样做的目的在于，既可以让实例Y的更新有binlog记录，同时也可以确保不会在实例X上执行这条更新。

• 接下来，执行完主备切换，然后照着上述流程再执行一遍即可。

小结

在今天这篇文章中，我先和你介绍了一主多从的主备切换流程。在这个过程中，从库找新主库的位点是一个痛点。由此，我们引出了MySQL 5.6版本引入的GTID模式，介绍了GTID的基本概念和用法。

可以看到，在GTID模式下，一主多从切换就非常方便了。

因此，如果你使用的MySQL版本支持GTID的话，我都建议你尽量使用GTID模式来做一主多从的切换。

在下一篇文章中，我们还能看到GTID模式在读写分离场景的应用。

最后，又到了我们的思考题时间。

你在GTID模式下设置主从关系的时候，从库执行start slave命令后，主库发现需要的binlog已经被删除掉了，导致主备创建不成功。这种情况下，你觉得可以怎么处理呢？

你可以把你的方法写在留言区，我会在下一篇文章的末尾和你讨论这个问题。感谢你的收听，也欢迎你把这篇文章分享给更多的朋友一起阅读。