MySQL 5.6 GTID 原理以及使用

简介

       GTID是MySQL 5.6的新特性，其全称是Global Transaction Identifier，可简化MySQL的主从切换以及Failover。GTID用于在binlog中唯一标识一个事务。当事务提交时，MySQL Server在写binlog的时候，会先写一个特殊的Binlog Event，类型为GTID_Event，指定下一个事务的GTID，然后再写事务的Binlog。主从同步时GTID_Event和事务的Binlog都会传递到从库，从库在执行的时候也是用同样的GTID写binlog，这样主从同步以后，就可通过GTID确定从库同步到的位置了。也就是说，无论是级联情况，还是一主多从情况，都可以通过GTID自动找点儿，而无需像之前那样通过File_name和File_position找点儿了。

GTID的表示

        MySQL 5.6使用server_uuid和transaction_id两个共同组成一个GTID。即：GTID = server_uuid:transaction_id

        server_uuid是MySQL Server的只读变量，保存在数据目录下的auto.cnf中，可直接通过cat命令查看。MySQL第一次启动时候创建auto.cnf文件，并生成server_uuid（MySQL使用机器网卡，当前时间，随机数等拼接成一个128bit的uuid，可认为在全宇宙都是唯一的，在未来一百年，使用同样的算法生成的uuid是不会冲突的）。之后MySQL再启动时不会重复生成uuid，而是使用auto.cnf中的uuid。也可以通过MySQL客户端使用如下命令查看server_uuid，看到的实际上是server_uuid的十六进制编码，总共16字节（其中uuid中的横线只是为了便于查看，并没有实际意义）。

        在同一个集群内，每个MySQL实例的server_uuid必须唯一，否则同步时，会造成IO线程不停的中断，重连。在通过备份恢复数据时，一定要将var目录中的auto.cnf删掉，让MySQL启动时自己生成uuid。

        GTID中还有一部分是transaction_id，同一个server_uuid下的transaction_id一般是递增的。如果一个事务是通过用户线程执行，那么MySQL在生成的GTID时，会使用它自己的server_uuid，然后再递增一个transaction_id作为该事务的GTID。当然，如果事务是通过SQL线程回放relay-log时产生，那么GTID就直接使用binlog里的了。在MySQL 5.6中不用担心binlog里没有GTID，因为如果从库开启了GTID模式，主库也必须开启，否则IO线程在建立连接的时候就中断了。5.6的GTID对MySQL的集群环境要求是非常严格的，要么主从全部开启GTID模式，要么全部关闭GTID模式。

        刚才提到，同一个server_uuid下的transaction_id一般是递增的，难道在某些情况下不是递增的吗？答案是肯定的。MySQL支持通过设置Session级别的变量gtid_next，来指定下一个事务的GTID，格式就是‘server_uuid:transaction_id'。之后还可以改回AUTOMATIC（默认值）

        一般设置gtid_next是加1，用于主从同步时跳过一个事务。但是如果设置gtid_next之后，导致当前server_uuid下的transaction_id不连续，那么坑爹的地方也就出现了。在改回AUTOMATIC以后，再有事务执行时，MySQL生成transaction_id时，不是按当前最大的transaction_id继续增长，而是补缺口（使用最小的缺失的那个transaction_id作为下一个gtid）。这样的话，即使是同一个server_uuid，也不能通过transaction_id的大小来判断事务的顺序。

        使用server_uuid:transaction_id共同组成一个GTID的好处是，由于server_uuid唯一，即使一个集群内多个节点同时有写入，也不会造成GTID冲突。

GTID的使用

        MySQL通过全局变量gtid_mode控制开启/关闭GTID模式。但是gtid_mode是只读的，可添加到配置文件中，然后重启mysqld来开启GTID模式。相关配置项如下：

        配置方式为gtid_mode=ON/OFF。让人诧异的是gtid_mode的类型为枚举类型，枚举值可以为ON和OFF，所以应该通过ON或者OFF来控制gtid_mode，不要把它配置成0或者1，否则结果可能不符合你的预期。开启gtid_mode时，log-bin和log-slave-updates也必须开启，否则MySQL Server拒绝启动。除此以外，enforce-gtid-consistency也必须开启，否则MySQL Server也拒绝启动。enforce-gtid-consistency是因为开启grid_mode以后，许多MySQL的SQL和GTID是不兼容的。比如开启ROW 格式时，CREATE TABLE ... SELECT，在binlog中会形成2个不同的事务，GTID无法唯一。另外在事务中更新MyISAM表也是不允许的。

        刚才已经提到，当开启GTID模式时，集群中的全部MySQL Server必须同时配置gtid_mod = ON，否则无法同步。

        一旦使用GTID模式同步以后，主从切换就可以使用GTID来自动找点儿了，使用方式是在CHANGE MASTER时指定MASTER_AUTO_POSITION=1。命令如下：

        通过SHOW SLAVE STATUS也可以看到Auto_Position: 1，说明以后START SLAVE将使用GTID自动找点儿，开启GTID之后原理上还支持使用FileName和FilePosition的方式找点儿，但是不建议使用。如果非要使用的话，在CHANGE MASTER的时候要指定MASTER_AUTO_POSITION=0

       MySQL通过若干变量可以查看GTID的执行情况

        这里有4个变量，其中gtid_mode已经介绍过了，其他3个变量的含义如下

        gtid_executed：这既是一个Global级别的变量，又是一个Session级别的变量，是只读变量。Global级别的gtid_executed表示当前实例已经执行过的GTID集合。Session级别的gtid_executed一般情况下是空的。

        gtid_owned：这既是一个Global级别的变量，又是一个Session级别的变量，是只读变量。Global级别的gtid_owned表示当前实例正在执行中的GTID，以及对应的线程id。Session级别的gtid_owned一般情况下是空的。

        gtid_purged：这是一个Global级别的变量，可动态修改。我们知道binlog可以被purge掉，gtid_purged表示当前实例中已经被purge掉的GTID集合，很明显gtid_purged是gtid_executed的子集。但是gtid_purged也不是可以随意修改的，必须在@@global.gtid_executed是空的情况下，才可以动态设置gtid_purged。

GTID相关Binlog

       通过前面的介绍可以知道，GTID可以在binlog中唯一标识一个事务，要了解GTID找点儿原理，就必须知道Binlog的格式，首先看一段Binlog

        这段Binlog从文件120偏移处（Format_description_log_event之后的第一个Binlog Event）开始截取。可以看到，第一个Binlog Event的类型为：Previous-GTIDs，它存在于每个binlog文件中。当开启GTID时，每个binlog文件都有且只有一个Previous-GTIDs，位置都是在Format_description_log_event之后的第一个Binlog Event处。它的含义是在当前Binlog文件之前执行过的GTID集合，可以充当索引用，使用这个Binlog Event，可以便于快速判断GTID是否位于当前binlog文件中。

        下面看看gtid_purged和gtid_executed是如何构造的。MySQL在启动时打开最老的binlog文件，读取其中的Previous-GTIDs，那么就是@@global.gtid_purged。MySQL在启动时打开最新的binlog文件，读取其中的Previous-GTIDs，构造一个gtid_set，然后再遍历这个最新的binlog文件，把遇到的每个gtid都添加到gtid_set中，当文件遍历完成时，这个gtid_set就是@@global.gtid_executed。

        前面说过只有在@@global.gtid_executed为空的情况下，才可以动态设置@@global.gtid_purged。因此可以通过RESET MASTER的方式来清空@@global.gtid_executed。这一点，类似Ares中的命令：set binlog_group_id=XXX, master_server_id=YYY with reset;（是会删除binlog的）

        通过解析上面的binlog文件，我们也可以看到，每个事务之前，都有一个GTID_log_event，用来指定GTID的值。总体来看，一个MySQL binlog的格式大致如下：

GTID找点儿原理

        我们知道，在未开启GTID模式的情况下，从库用（File_name和File_pos）二元组标识执行到的位置。START SLAVE时，从库会先向主库发送一个BINLOG_DUMP命令，在BINLOG_DUMP命令中指定File_name和File_pos，主库就从这个位置开始发送binlog。

         在开启GTID模式的情况下，如果指定MASTER_AUTO_POSITION=1。START SLAVE时，从库会计算Retrieved_Gtid_Set和Executed_Gtid_Set的并集（通过SHOW SLAVE STATUS可以查看），然后把这个GTID并集发送给主库。主库会使用从库请求的GTID集合和自己的gtid_executed比较，把从库GTID集合里缺失的事务全都发送给从库。如果从库缺失的GTID，已经被主库pruge了呢？从库报1236错误，IO线程中断。

        通过GTID找到点儿的原理还是比较奇怪的，它过于强调主从binlog中GTID集合的一致性，弱化了Binlog执行的顺序性。

        考虑下面这种情况，有个集群已经在使用GTID模式同步，小明想给集群增加一台从库，新做完一台从库，数据和主库一致，但是没有binlog，也就是说新从库的@@global.gtid_executed是空的。但是CHANGE MASTER时可以通过File_name和File_pos找到正确的同步点，然后START SLAVE，一切正常。过了一会儿，小明觉得还可以通过MASTER_AUTO_POSITION ＝ 1的方式重新CHANGE MASTER，然后再START SLAVE。这种情况下，主库一看从库GTID里少了那么多binlog，然后把全部缺失的binglog再给从库发送一遍，那么悲剧就发生了。

        为了解决这个问题，小明新做完从库以后，应该在从库上执行reset master; set global gtid_purged = 'xxxxx'，把缺失的GTID集合设置为purged，然后就可以直接使用MASTER_AUTO_POSITION=1自动找点儿了。

        由此可见，开启GTID以后，Binlog和数据文件一样重要，不仅要求主从数据一致，还要求主从Binlog中GTID集合一致。

GTID注意事项

1）开启GTID以后，无法使用sql_slave_skip_counter跳过事务。前面介绍过了，使用GTID找点儿时，主库会把从库缺失的GTID，发送给从库，所以skip是没有用的。为了提前发现问题，MySQL在gtid模式下，直接禁止使用set global sql_slave_skip_counter ＝ x。正确的做法是，通过set grid_next= 'zzzz'（'zzzz'为待跳过的事务），然后执行BIGIN;COMMIT产生一个空事务，占据这个GTID，再START SLAVE，会发现下一条事务的GTID已经执行过，就会跳过这个事务了

        2）如果一个GTID已经执行过，再遇到重复的GTID，从库会直接跳过，可看作GTID执行的幂等性。

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