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MySQL作为当前最流行的关系型数据库，在各个行业的系统中扮演着最重要的角色。随着大家对数据价值认可的逐步加深，数据的可靠性是最常被问到的一个问题。MySQL是如何保证数据可靠性的？京东智联云RDS-MySQL又做了哪些优化和新特性来保证用户数据的可靠性和一致性？本篇文章将为大家一一揭秘。
MySQL如何保证数据可靠性
MySQL的Innodb存储引擎支持ACID（原子性Atomicity，一致性Consistency，隔离性Isolation，持久性Durability）特性，正是因为保证了一致性和持久性，所以数据才是可靠的。很多关系型数据库为保障数据库的可靠性，同时最大限度地提升性能，采用了预写日志（Write-Ahead Logging）的方法，MySQL也不例外。它将数据变化先写入日志，然后立刻返回给客户端更新成功，真正的数据再异步更新到磁盘的数据文件。如果中间系统发生故障，只要日志在数据就不会丢失，这就保证了数据的可靠性。
MySQL写入的日志就是binlog和redo log文件，下面我们来介绍下两种日志的写入流程。
binlog写入机制
事务执行过程中，MySQL会将所有变更记录到binlog cache中，在事务commit的时候一起写入binlog文件中。
binlog cache是由参数binlog_cache_size控制，默认32KB，如果事务很大，变更内容超过了binlog cache，则会写到磁盘中。通过命令show global status like 'Binlog_cache_disk_use';可以查看binlog cache写入磁盘的次数，如果数量过多，建议调大binlog_cache_size参数值。
每个线程都会分配binlog cache，但是都共用一份binlog文件。流程图如下：
在写入到系统的日志文件中有两个步骤，write和fsync。wirte是写入操作系统的缓存，fsync是持久化到磁盘文件，这个操作会占用系统的IOPS，而它们操作的时机是通过参数sync_binlog控制。
l sync_binlog=0，事务提交时，只做write操作，由操作系统自己控制fsync操作。这个是最危险的，一旦操作系统宕机，binlog cache中的变更内容全部会丢失。
l sync_binlog=1，事务提交时，都会做write和fsync操作。安全性最高，但是性能损耗也是最大的。
l sync_binlog=N，事务提交时，会做write操作，累积N个事务时做fsync操作。一旦操作系统宕机，会丢失binlog cache中部分变更内容。
redo log写入机制
事务执行过程中，也是先写入内存redo log buffer中，然后再写入到磁盘文件。其中redo log buffer是所有线程共用的。与binlog写到文件一样，写redo log也有write和fsync两个操作，它们操作的实际是通过参数innodb_flush_log_at_trx_commit控制。
l innodb_flush_log_at_trx_commit=0，事务提交时，只将变更内容写到redo log buffer，由后台Master线程每秒write和fsync到磁盘文件。
l innodb_flush_log_at_trx_commit=1，事务提交时，执行write和fsync操作。这是最安全的配置。
l innodb_flush_log_at_trx_commit=2，事务提交时，只执行write操作，即只写到操作系统的缓存中，由后台Master线程每秒fsync到磁盘文件。
关于这个参数与数据可靠性之间的关系如下表所示：
innodb_flush_log_at_trx_commit | 数据库进程异常 | 操作系统异常 |
0 | 丢失最多1s的数据 | 丢失最多1s的数据 |
1 | 不丢数据 | 不丢数据 |
2 | 不丢数据 | 丢失最多1s的数据 |
参数sync_binlog=1与innodb_flush_log_at_trx_commit=1就是DBA常说的“双1”配置，也是线上环境数据最安全最可靠的配置。
再对比下binlog和redo log的不同之处：
binlog | redo log | |
记录者 | MySQL server | Innodb引擎 |
记录时间 | 事务commit的时候 | 多种条件触发，随时记录 |
记录内容 | 逻辑日志 row格式或者statement格式 | 物理日志 数据页的变化，幂等的 |
两阶段提交
binlog和redo log是如何配合起到数据可靠性的作用呢，就不得不提到两阶段提交。它可以保证binlog和redo log的数据一致性。下图是事务提交时两个日志的记录流程：
如果在此过程中出现系统异常，每个状态下都是可以保证数据一致性的。
状态 | 处理 |
如果innodb已经commit，那binlog一定有该事务的event。 | 事务是一致性的，无需处理。 |
如果innodb已经prepare，binlog已经有记录该事务的event，但是innodb未commit。 | 前滚，innodb需要继续提交这些事务。 |
如果innodb已经preprare，binlog没有记录event，说明从库也没有复制这些event。 | 回滚。 |
如果innodb未完成prepare，binlog也应该没有记录event。 | 回滚。 |
innodb_suport_xa参数，这个参数控制是否打开两段式提交。默认开启，如果关闭了，事务则会以不同顺序的方式写入binlog。如果宕机恢复、xtarbackup恢复，都是会有数据不一致的风险。这个参数在MySQL5.7.10后就废弃了，必须开启。
MySQL集群数据的一致性
MySQL发展到现在，集群也从主备异步复制、半同步复制、group replication不断发展和演变。但是它们的核心基础都是binlog，可以说MySQL的数据复制都依赖于它，而集群间的数据一致性更是与binlog有关。主要有两个点需要特别注意。
1. binlog的格式。statement、row和mixed。statement格式直接将SQL语句记录在binlog文件中，因为主从库是两个独立的服务，运行环境完全不同，所以会出现不一致的风险，比如执行delete from t limit 100。所以线上环境建议使用row格式。
2. 数据延迟。当从库出现延迟，会造成集群数据不一致。从库延迟的原因很多，这里列举以下几个线上经常出现的延迟原因：
a) 大事务。binlog只有在事务commit时才会记录到文件，然后从库才能读取到数据变更，所以当有大事务的时候，主库提交后从库才开始执行。
b) 大并发。5.6和5.7版本都支持并行复制，但是并行度有限，当主库并发较高时，从库会出现延迟。
c) 表结构。主库表没有主键，binlog是row格式的，主库执大量行数的更新SQL时，从库会执行多次全表扫描，造成延迟。
d) 等待锁。从库一般会承担备份功能，使用xtrabackup进行备份会执行FLUSH NO_WRITE_TO_BINLOG TABLES和FLUSH TABLES WITH READ LOCK操作，在特殊情况下，这两个操作会堵塞复制的SQL线程，造成延迟。
e)
京东智联云RDS-MySQL数据安全的实现
京东智联云RDS-MySQL集群使用主从复制架构，为了保证用户存储数据可靠性和安全性，我们对关键流程做了一系列优化和改善工作。以用户数据安全为己任，以用户体验为中心。
集群环境
1. 物理环境
l 硬件，采用高性能的NVME硬盘，最新型号物理机配置。
l 网络，跨AZ机器的网络延迟在1.2ms以内，配置万兆网卡。
2. 软件环境
l 数据面，参考京东高并发、高可靠的业务系统优化经验，京东智联云对RDS操作系统配置、MySQL参数配置做了一些列优化，保证数据库集群数据的可靠性。
l 控制面，针对集群的延迟，有多组延迟监控、报警；针对不同延迟原因，会触发不同的优化逻辑，自动降低延迟。
高可用切换
当物理机出现问题或者做数据迁移时，都会涉及MySQL集群的高可用操作，因为MySQL集群的复制特点，有可能会出现数据丢失的情况。京东智联云RDS-MySQL在切换时是要保证用户数据一致性优先的，在判断集群数据完全可靠的情况下，再做切换操作，保证用户的数据不丢失，不写花。
主备切换逻辑图
MySQL高可用切换流程的复杂性，不在切换的过程，而是触发切换条件的判断，下面介绍下RDS-MySQL自动高可用切换的判断流程。
1. 哨兵服务检查数据库和操作系统状态，发现实例服务异常，则触发多组哨兵服务的数据库服务检查和投票机制，确认服务真实不可用再进行切换流程。
2. 主库实时上报GTID信息，如果发生自动高可用，即主库服务不可用时，首先会对比从库的Retrieved_Gtid_Set值，确保从库的IO thread已经拉取了主库全部的binlog内容。
3. 然后再对比从库的Retrieved_Gtid_Set和Executed_Gtid_Set范围值，保证从库拉取的binlog全部应用完成。
高可用流程切换完成后，会对集群数据做一致性校验，并触发建立新从库的流程。
备份恢复
数据库备份是数据安全的最重要屏障，当出现极端情况下，集群所有节点的数据都不可用，就需要依赖备份保证数据的可靠性和安全性。我们对RDS-MySQL的备份、恢复流程做了一系列优化，保证用户系统在灾备时恢复时间尽量短，恢复数据尽可能最新。
1. 每日全量备份，实时binlog备份；
2. 所有备份上传到对象存储，多备份保存，多区域存放；
3. 定期做备份数据的有效性验证；
4. 高可用、扩容、删除等重要流程强制做数据库的数据备份；
5. 支持软删除功能，单库表恢复功能。
用户案例
京东智联云RDS-MySQL的用户在使用过程中，出现过很多数据可靠性相关的案例，下面举一些典型案例来分享：
案例1. 大事务造成从库延迟
问题 | 由于用户并发较大，集群从库出现延迟。 |
发现 | 从库对于用户是不可见的，所以从库延迟用户是无需感知的。 通过后台的监控系统，触发从库延迟报警，运维人员才发现这个问题。 |
解决 | 后台任务会扫描所有报警信息，当扫描到延迟报警后，会结合该实例的其他信息定位故障原因，然后自动调整集群数据库配置，达到降低延迟的目的。延迟报警解除后，恢复集群配置。 |
意义 | RDS-MySQL部分报警已经实现了“负载异常检测”、“自动诊断”、“线上配置优化”、“优化效果跟踪”的闭环处理。 可帮助用户快速、安全、准确地处理集群数据安全隐患。 |
案例2. 用户误删除表
问题 | 用户因为人为误操作，导致删除了线上系统的部分数据。 |
发现 | 用户提工单，想快速恢复删除表的数据到指定时间点。 |
解决 | 控制台提供单库、单表按时间点快速恢复的功能。技术服务人员直接反馈给用户该功能的使用文档。用户通过自助操作，完成对删除数据的恢复操作。 |
意义 | RDS-MySQL将备份和恢复功能用到极致，两类备份方式对应多种恢复流程，方便用户快速、安全地实现恢复数据库需求。 RDS-MySQL恢复流程支持： 1. 根据时间点创建 2. 根据时间点单库、单表本地恢复 3. 根据备份创建和本地覆盖恢复 |
通过上述内容，想必大家已经对MySQL是如何保证数据可靠性有了初步了解，如果还想进一步体验体验MySQL 服务，请点击【阅读原文】链接体验试用。
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