MySQL 5.6 全局事务 ID（GTID）实现原理（三）

这是 MySQL 5.6 全局事务 ID（GTID） 系列的第三篇博客。

 

在之前的两篇博客中，第一篇​ 介绍了全局事务 ID 的定义与数据结构。第二篇​ 介绍了 MySQL 5.6 新增的全局事务状态（Gtid_state）。

 

这里准备介绍的是全局事务 ID 如何参与 MySQL 的主备复制流程。

 

MySQL 5.6 引入全局事务 ID 的首要目的，是保证 Slave 在复制的时候不会重复执行相同的事务操作；其次，是用全局事务 IDs 代替由文件名和物理偏移量组成的复制位点，定位 Slave 需要复制的 binlog 内容。

 

因此，MySQL 必须在写 binlog 时记录每个事务的全局 GTID，保证 Master / Slave 可以根据这些 GTID 忽略或者执行相应的事务。在实现上，MySQL 没有修改旧的 binlog 事件，而是新增了两类事件：

 

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| 名称                                    | 功能                                                      |

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| Previous_gtids_log_event | 该事件之前的全局事务 ID 集合。          |

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|                  Gtid_log_event | 标记之后的事务对应的全局事务 ID。    |

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Gtid_log_event

 

在 MySQL 5.6 的 binlog 文件中，每个事务的开始不是 "BEGIN" ，而是 Gtid_log_event 事件：

 

（图片来源：MySQL_Innovation_Day_Replication_HA.pdf​）

 

它里面只包含一条 GTID，记录结构如下：

 

Gtid_log_event := (commit_flag, sid, gno)   // commit_flag 目前总是 true

 

里面 sid 就是产生该事务的 server_uuid，gno 是顺序编号的 transaction_id。

 

把 Gtid 记录在事务的开头是为了便于 MySQL 过滤 binlog：检查到某个 Gtid 不需要时，可以直接忽略后面的整段事务。

 

MySQL 5.6 保证同时写入 Gtid_log_event 和全局 logged_gtids 状态：

 

第一步，在向 binlog_cache_data 写入第一条 binlog 前，MySQL 会在缓存的 buffer 中写入一个空的 Gtid_log_event 占位。

 

第二步，当 binlog_cache_data 的内容刷到 binlog 文件时，MySQL 会把位于缓存 buffer 的 Gtid_log_event 内容替换成实际的 GTID，重新写入缓存。

 

最后，MySQL 调用 Gtid_state 的 update_on_flush() 把 GTID 写入 logged_gtids，再调用 sync_binlog_file()  保证内容更新到磁盘。 

 

在主备复制中，Slave 不像 Master 那样自动产生 GTID，而是直接拷贝 Gtid_log_event 中包含的 GTID。这个特性是这样实现的 —— MySQL 5.6 维护了一个线程（Session）级别的变量 gtid_next，类型为 Gtid_specification：

 

Gtid_specification := (enum_group_type, Gtid)

 

enum_group_type :=enum(AUTOMATIC_GROUP, GTID_GROUP, ANONYMOUS_GROUP, INVALID_GROUP, UNDEFINED_GROUP)

 

在 Master 执行事务时，gtid_next 的类型默认是 AUTOMATIC_GROUP，表示应该调用 generate_automatic_gno() 自动产生全局事务 ID。

 

而在 Slave 执行事务时，先用 Gtid_log_event 内的 Gtid 覆盖 gtid_next，使它的类型为 GTID_GROUP。这样的话，MySQL 会使用 gtid_next 内设置的 Gtid  值作为下一个全局事务 ID。

 

Previous_gtids_log_event

 

这个事件出现在 MySQL 5.6 每个 binlog 文件的开始处。

 

MySQL 创建一个新的 binlog 文件后，首先写入一个 Format_description_log_event 描述，接着写入一个 Previous_gtids_log_event，内容是在创建这个 binlog 文件之前执行的全局事务 GTIDs。 

 

事件的格式很简单，就是字符串编码的 Gdit_set：（编码格式参考本文 第一篇​）

 

Previous_gtids_log_event := buffer of Gtid_set

(例如：3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-5）

 

这个事件只是作为记录。在主备复制时，Slave 会忽略 binlog 里的 Previous_gtids_log_event 事件。

 

Binlog 与持久化全局事务状态

 

在 上一篇​ 没有讲到 MySQL 5.6 如何持久化全局事务状态的 —— logged_gtids 和 lost_gtids 状态里存储了这台数据库 有史以来 执行的所有 GTIDs（包括删除 binlog 中的 GTIDs）—— 如果数据库停机或崩溃前不做持久化，之后肯定丢失信息。

 

MySQL 的解决方案很简单，在启动时扫描剩余的 binlog 文件，用文件存储的 Previous_gtids_log_event 和 Gtid_log_event 事件内容恢复全局 logged_gtids 和 lost_gtids 状态。

 

具体的代码如下：（源代码：mysql-5.6.9-rc\sql\binlog.cc，line 2558）

 

第一步，找到最后一个 binlog 文件，读出 Previous_gtids_log_event 记录；再遍历 binlog 文件中所有的 Gtid_log_event,  把找到的 GTID 记录合并起来，作为这台数据库历史上执行的所有 GTIDs 放入全局 logged_gtids 记录；

 

第二步，找到第一个 binlog 文件，用它的 Previous_gtids_log_event 信息代替全局 lost_gtids 的内容。因为这是第一个未删除的 binlog 文件，这里记录的就是之前已经删除的 binlog 文件所包含的全部 GTIDs。

 

由于 MySQL 在提交事务中是最后才写入真实 Gtid_log_event 信息的，从 binlog 恢复信息，可以保证读到的 GTIDs 与成功执行的事务一致。

 

CHANGE MASTER TO ... 

 

MySQL 5.6 主备复制的一个改变，是新增了 COM_BINLOG_DUMP_GTID 协议，支持在 Slave 切换到新 Master 时，用 MASTER_AUTO_POSITION = 1 （auto_position 方式）代替原来的 binlog 文件名和物理偏移量。

 

COM_BINLOG_DUMP_GTID 协议并不复杂，请求格式如下：

 

Request = { server_id, binlog_name, binlog_offset, gtids_executed }  

 

如果采用 auto_position 方式连接 Master，现在 Slave 发送的 binlog_name 和 binlog_offset 都是空白，Master 只使用 gtids_executed 定位 Slave 上需要执行的 binlog。

 

实现逻辑是这样的：Master 从第一个文件开始读取 binlog，逐个检查 Gdit_log_event 事件的全局事务 ID 是不是包含在 Slave 发送的 gtids_executed 集合中。如果发现这个 GTID 已经包含在 gtids_executed 集合内，就忽略后面的整段事务，不向 Slave 发送 binlog 内容。

 

其实这个过程还不是很优化，因为如果是正常情况，Master 需要遍历若干 G 的 binlog 才能找到 Slave 需要复制的 binlog 内容 —— 这应该是一个改进点。

 

全局事务 ID 与并发复制

 

MySQL 5.6 主备复制的另一个改变，是实现了多线程并行复制。这个功能必须有全局事务 ID 的支持，原因是：

 

1） 在并行复制方式下，有些操作是不按照记录在 binlog 中的顺序执行的。这样的话，如果按照文件名 + 物理偏移量的方式记录复制位点，则停止 / 恢复主备复制时，可能会有一些操作被重复执行。

 

2） 我们知道，即使是 Mixed / Row 模式下记录的 binlog，仍有些 DDL 操作是用 Statement 的方式编码的，这些 DDL 操作不能在 Slave 重复执行（因为非幂等）。一旦操作在 Slave 执行出错，结果就是复制中断。

 

因此，Slave 必须依赖 binlog 中的全局事务 ID，在停止 / 恢复主备复制时，精确的记录哪些事务在 Slave 执行过，哪些没有。

 

现在，MySQL 5.6 可以用 COM_BINLOG_DUMP_GTID 来保证这一点：在恢复主备复制时，Slave 向 Master 发送自己所有执行过的 GTIDs（logged_gtids），在上次中断主备复制时，已经执行过的 binlog 被 Master 直接滤掉，不向 Slave 传送。

 

总结

 

在主备复制上，MySQL 5.6 新增了三个特性：

 

1）使用 GTIDs 作为主备复制的位点，在写 binlog 时用 Gtid_log_event 标记事务。

 

2）支持 auto_position 方式进行主备切换。在新增的协议中，使用 GTIDs 作为复制位点向主库请求 binlog 信息。

 

3）多线程并发复制，使用 GTIDs 防止事务重复执行。

 

全局事务 ID（GTID）可以很好的支持这几个功能。而且，使用 GTIDs 避免了在传送 binlog 逻辑上依赖文件名和物理偏移量，能够更好的支持自动容灾切换。

 

但是个人感觉，全局事务 ID 这里还有些待解决的问题：

 

1）GTID 是局部有序的，不能记录事务的全局顺序。因此在双写 / 快速主备切换场景下，不能根据 GTID 顺序来解决更新冲突的问题。

 

2）容灾切换时，MASTER_AUTO_POSITION 只能解决记录位点的问题。为了保证一致性，停写和等待主备 Caught up 仍然是必须的，通常这是服务无法快速恢复的主要原因。

 

补充：参考资料

 

这篇博客用到的参考资料：

 

MySQL 5.6 Manual：Replication with Global Transaction Identifiers（link​）

​​WL#4677: Unique Server Ids for Replication Topology (UUIDs)​​（link​）

WL#3584: Global Transaction Identifiers (GTIDs)（link​）

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顺便提下，MySQL Worklog​ 是个好地方，你可以从这里了解 MySQL 的原始需求，开发人员的想法，还有值得关注的问题。

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