MySQL 5.6 GTID 原理以及使用

簡介

       GTID是MySQL 5.6的新特性，其全稱是Global Transaction Identifier，可簡化MySQL的主從切換以及Failover。GTID用于在binlog中唯一標識一個事務。當事務提交時，MySQL Server在寫binlog的時候，會先寫一個特殊的Binlog Event，類型為GTID_Event，指定下一個事務的GTID，然后再寫事務的Binlog。主從同步時GTID_Event和事務的Binlog都會傳遞到從庫，從庫在執行的時候也是用同樣的GTID寫binlog，這樣主從同步以后，就可通過GTID確定從庫同步到的位置了。也就是說，無論是級聯情況，還是一主多從情況，都可以通過GTID自動找點兒，而無需像之前那樣通過File_name和File_position找點兒了。

GTID的表示

        MySQL 5.6使用server_uuid和transaction_id兩個共同組成一個GTID。即：GTID = server_uuid:transaction_id

        server_uuid是MySQL Server的只讀變量，保存在數據目錄下的auto.cnf中，可直接通過cat命令查看。MySQL第一次啟動時候創建auto.cnf文件，并生成server_uuid（MySQL使用機器網卡，當前時間，隨機數等拼接成一個128bit的uuid，可認為在全宇宙都是唯一的，在未來一百年，使用同樣的算法生成的uuid是不會沖突的）。之后MySQL再啟動時不會重復生成uuid，而是使用auto.cnf中的uuid。也可以通過MySQL客戶端使用如下命令查看server_uuid，看到的實際上是server_uuid的十六進制編碼，總共16字節（其中uuid中的橫線只是為了便于查看，并沒有實際意義）。

        在同一個集群內，每個MySQL實例的server_uuid必須唯一，否則同步時，會造成IO線程不停的中斷，重連。在通過備份恢復數據時，一定要將var目錄中的auto.cnf刪掉，讓MySQL啟動時自己生成uuid。

        GTID中還有一部分是transaction_id，同一個server_uuid下的transaction_id一般是遞增的。如果一個事務是通過用戶線程執行，那么MySQL在生成的GTID時，會使用它自己的server_uuid，然后再遞增一個transaction_id作為該事務的GTID。當然，如果事務是通過SQL線程回放relay-log時產生，那么GTID就直接使用binlog里的了。在MySQL 5.6中不用擔心binlog里沒有GTID，因為如果從庫開啟了GTID模式，主庫也必須開啟，否則IO線程在建立連接的時候就中斷了。5.6的GTID對MySQL的集群環境要求是非常嚴格的，要么主從全部開啟GTID模式，要么全部關閉GTID模式。

        剛才提到，同一個server_uuid下的transaction_id一般是遞增的，難道在某些情況下不是遞增的嗎？答案是肯定的。MySQL支持通過設置Session級別的變量gtid_next，來指定下一個事務的GTID，格式就是‘server_uuid:transaction_id'。之后還可以改回AUTOMATIC（默認值）

        一般設置gtid_next是加1，用于主從同步時跳過一個事務。但是如果設置gtid_next之后，導致當前server_uuid下的transaction_id不連續，那么坑爹的地方也就出現了。在改回AUTOMATIC以后，再有事務執行時，MySQL生成transaction_id時，不是按當前最大的transaction_id繼續增長，而是補缺口（使用最小的缺失的那個transaction_id作為下一個gtid）。這樣的話，即使是同一個server_uuid，也不能通過transaction_id的大小來判斷事務的順序。

        使用server_uuid:transaction_id共同組成一個GTID的好處是，由于server_uuid唯一，即使一個集群內多個節點同時有寫入，也不會造成GTID沖突。

GTID的使用

        MySQL通過全局變量gtid_mode控制開啟/關閉GTID模式。但是gtid_mode是只讀的，可添加到配置文件中，然后重啟mysqld來開啟GTID模式。相關配置項如下：

        配置方式為gtid_mode=ON/OFF。讓人詫異的是gtid_mode的類型為枚舉類型，枚舉值可以為ON和OFF，所以應該通過ON或者OFF來控制gtid_mode，不要把它配置成0或者1，否則結果可能不符合你的預期。開啟gtid_mode時，log-bin和log-slave-updates也必須開啟，否則MySQL Server拒絕啟動。除此以外，enforce-gtid-consistency也必須開啟，否則MySQL Server也拒絕啟動。enforce-gtid-consistency是因為開啟grid_mode以后，許多MySQL的SQL和GTID是不兼容的。比如開啟ROW 格式時，CREATE TABLE ... SELECT，在binlog中會形成2個不同的事務，GTID無法唯一。另外在事務中更新MyISAM表也是不允許的。

        剛才已經提到，當開啟GTID模式時，集群中的全部MySQL Server必須同時配置gtid_mod = ON，否則無法同步。

        一旦使用GTID模式同步以后，主從切換就可以使用GTID來自動找點兒了，使用方式是在CHANGE MASTER時指定MASTER_AUTO_POSITION=1。命令如下：

        通過SHOW SLAVE STATUS也可以看到Auto_Position: 1，說明以后START SLAVE將使用GTID自動找點兒，開啟GTID之后原理上還支持使用FileName和FilePosition的方式找點兒，但是不建議使用。如果非要使用的話，在CHANGE MASTER的時候要指定MASTER_AUTO_POSITION=0

       MySQL通過若干變量可以查看GTID的執行情況

        這里有4個變量，其中gtid_mode已經介紹過了，其他3個變量的含義如下

        gtid_executed：這既是一個Global級別的變量，又是一個Session級別的變量，是只讀變量。Global級別的gtid_executed表示當前實例已經執行過的GTID集合。Session級別的gtid_executed一般情況下是空的。

        gtid_owned：這既是一個Global級別的變量，又是一個Session級別的變量，是只讀變量。Global級別的gtid_owned表示當前實例正在執行中的GTID，以及對應的線程id。Session級別的gtid_owned一般情況下是空的。

        gtid_purged：這是一個Global級別的變量，可動態修改。我們知道binlog可以被purge掉，gtid_purged表示當前實例中已經被purge掉的GTID集合，很明顯gtid_purged是gtid_executed的子集。但是gtid_purged也不是可以隨意修改的，必須在@@global.gtid_executed是空的情況下，才可以動態設置gtid_purged。

GTID相關Binlog

       通過前面的介紹可以知道，GTID可以在binlog中唯一標識一個事務，要了解GTID找點兒原理，就必須知道Binlog的格式，首先看一段Binlog

        這段Binlog從文件120偏移處（Format_description_log_event之后的第一個Binlog Event）開始截取。可以看到，第一個Binlog Event的類型為：Previous-GTIDs，它存在于每個binlog文件中。當開啟GTID時，每個binlog文件都有且只有一個Previous-GTIDs，位置都是在Format_description_log_event之后的第一個Binlog Event處。它的含義是在當前Binlog文件之前執行過的GTID集合，可以充當索引用，使用這個Binlog Event，可以便于快速判斷GTID是否位于當前binlog文件中。

        下面看看gtid_purged和gtid_executed是如何構造的。MySQL在啟動時打開最老的binlog文件，讀取其中的Previous-GTIDs，那么就是@@global.gtid_purged。MySQL在啟動時打開最新的binlog文件，讀取其中的Previous-GTIDs，構造一個gtid_set，然后再遍歷這個最新的binlog文件，把遇到的每個gtid都添加到gtid_set中，當文件遍歷完成時，這個gtid_set就是@@global.gtid_executed。

        前面說過只有在@@global.gtid_executed為空的情況下，才可以動態設置@@global.gtid_purged。因此可以通過RESET MASTER的方式來清空@@global.gtid_executed。這一點，類似Ares中的命令：set binlog_group_id=XXX, master_server_id=YYY with reset;（是會刪除binlog的）

        通過解析上面的binlog文件，我們也可以看到，每個事務之前，都有一個GTID_log_event，用來指定GTID的值。總體來看，一個MySQL binlog的格式大致如下：

GTID找點兒原理

        我們知道，在未開啟GTID模式的情況下，從庫用（File_name和File_pos）二元組標識執行到的位置。START SLAVE時，從庫會先向主庫發送一個BINLOG_DUMP命令，在BINLOG_DUMP命令中指定File_name和File_pos，主庫就從這個位置開始發送binlog。

         在開啟GTID模式的情況下，如果指定MASTER_AUTO_POSITION=1。START SLAVE時，從庫會計算Retrieved_Gtid_Set和Executed_Gtid_Set的并集（通過SHOW SLAVE STATUS可以查看），然后把這個GTID并集發送給主庫。主庫會使用從庫請求的GTID集合和自己的gtid_executed比較，把從庫GTID集合里缺失的事務全都發送給從庫。如果從庫缺失的GTID，已經被主庫pruge了呢？從庫報1236錯誤，IO線程中斷。

        通過GTID找到點兒的原理還是比較奇怪的，它過于強調主從binlog中GTID集合的一致性，弱化了Binlog執行的順序性。

        考慮下面這種情況，有個集群已經在使用GTID模式同步，小明想給集群增加一臺從庫，新做完一臺從庫，數據和主庫一致，但是沒有binlog，也就是說新從庫的@@global.gtid_executed是空的。但是CHANGE MASTER時可以通過File_name和File_pos找到正確的同步點，然后START SLAVE，一切正常。過了一會兒，小明覺得還可以通過MASTER_AUTO_POSITION ＝ 1的方式重新CHANGE MASTER，然后再START SLAVE。這種情況下，主庫一看從庫GTID里少了那么多binlog，然后把全部缺失的binglog再給從庫發送一遍，那么悲劇就發生了。

        為了解決這個問題，小明新做完從庫以后，應該在從庫上執行reset master; set global gtid_purged = 'xxxxx'，把缺失的GTID集合設置為purged，然后就可以直接使用MASTER_AUTO_POSITION=1自動找點兒了。

        由此可見，開啟GTID以后，Binlog和數據文件一樣重要，不僅要求主從數據一致，還要求主從Binlog中GTID集合一致。

GTID注意事項

1）開啟GTID以后，無法使用sql_slave_skip_counter跳過事務。前面介紹過了，使用GTID找點兒時，主庫會把從庫缺失的GTID，發送給從庫，所以skip是沒有用的。為了提前發現問題，MySQL在gtid模式下，直接禁止使用set global sql_slave_skip_counter ＝ x。正確的做法是，通過set grid_next= 'zzzz'（'zzzz'為待跳過的事務），然后執行BIGIN;COMMIT產生一個空事務，占據這個GTID，再START SLAVE，會發現下一條事務的GTID已經執行過，就會跳過這個事務了

        2）如果一個GTID已經執行過，再遇到重復的GTID，從庫會直接跳過，可看作GTID執行的冪等性。

        3）使用限制： https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/replication-gtids-restrictions.html