1. 大家听过 MySQL MGR 技术吗?
MySQL 是目前最流行的开源关系型数据库，国内金融行业也开始全面使用，其中 MySQL 5.7.17 提出的 MGR(MySQL Group Replication)既可以很好的保证数据一致性又可以自动切换，具备故障检测功能、支持多节点写入，MGR 是一项被普遍看好的技术。
本文给大家介绍一下 MySQL MGR 技术演变过程、事务生命周期及事务冲突检测机制。
2. MGR 技术演进
传统的 MySQL 主从复制架构是 MySQL 保持数据一致性的最基本架构，如下图 1 所示，一主一从架构，从库给主库发起读数据请求后，主库会通过 dump线程把 binlog 日志文件推送给从库，从库的 I/O 线程把接收到数据更新到 relay log，之后从库的 SQL 线程把 relay log 应用为 binlog 日志，直到主库与从库的 binlog 日志文件完全数据一致，达到主从同步。
图 1：主从复制示意图
接下来我们看一下 MySQL 异步复制，如下图 2 所示，一主两从架构，应用发来的事务请求，经过执行之后写入 binlog，主库 master 把 binlog 日志推送给从库 salve1 和 slave2 ，主库不需要等到从库是否成功更新数据到 relay log，主库直接提交事务即可。这种模式牺牲了数据一致性，不能很好保证主从数据一致性。
图 2：异步复制示意图
模拟异步复制场景举例，如下图 3 所示，三个人对话，一个人在不停歇的演讲，不需要知道两个听众是否听懂，听众也不需要做出回应，等演讲完毕，有可能听众没听懂，最终大家认知到信息可能不一致，为了解决上述问题 MySQL 5.5.8 就有了半同步复制。
图 3：异步复制场景模拟图
接下来看一下 MySQL 的半同步复制，如下图 4 所示，一主两从架构，应用发来的事务请求，在主库执行后写入 binlog，主库 master 把 binlog 日志推送给从库 salve1 和 slave2 ，半同步主库需要等待其中任意一个从库更新数据到 relay log 成功并且告知主库，主库才提交事务，这样保证至少有一个从库同步上数据了，也缩短了延迟时间，保证了数据安全。
图 4：半同步示意图
模拟半同步复制场景举例，如下图 5 所示，三个人对话，一个人在不停歇的演讲，任意一个听众回应听懂了，演讲者就继续往下说，否则停止演讲，最后等演讲结束，至少一听众听懂演讲者的意思，保证信息传递一致性。
这种复制模式也存在两个问题：
- MySQL 无法自动切换，需要借助外力切库，运维复杂。
- 从库 Slave 的读压力太大会导致复制延迟不断增加。
MySQL5.7 版本的 MGR 技术可以解决上述问题。
图 5：半同步复制场景模拟
3. 至此 MGR 技术诞生!
MGR(MySQL Group Replication)是 MySQL 自带的一个插件，可以灵活部署。
MySQL MGR 集群是多个 MySQL Server 节点共同组成的分布式集群，每个 Server 都有完整的副本，它是基于 ROW 格式的二进制日志文件和 GTID 特性。
如下图 6 所示为 MGR 架构图，主要是 APIs 层、组件层、复制协议模块层和 GCS API+Paxos 引擎层构成。
如图 6 所示，应用发来的事务从 MySQL Server 经过 MGR 的 APIs 接口层分发到组件层，组件层去 capture 事务相关信息，然后经过复制协议层进行事务传输，最后经过 GCS API+Paxos 引擎层保证事务在各个节点数据最终一致性。这是事务进入 MGR 层内部处理过程。
图 6：MGR 架构示意图
4. MGR 集群中事务整个生命周期啥样?
接下来从全局角度看事务整个生命周期，如下图 7 所示，DB1 、DB2 、DB3 构成的 MGR 集群， 集群中每个 DB 都有 MGR 层，MGR 层功能也可简单理解为由 Paxos 模块和冲突检测 Certify 模块实现。
Paxos 模块是基于 Paxos 算法确保所有节点收到相同广播消息，transaction message 就是广播消息的内容结构;冲突检测 Certify 模块进行冲突检测确保数据最终一致性，其中 certification info 是冲突检测中内存结构。
本文详细介绍冲突检测模块实现原理，Paxos 算法实现部分后续对比 Raft 算法详细介绍。
当 DB1 上有事务 T1 要执行时，T1 对 DB1 是来说本地事务，对于 DB2、DB3 来说是远端事务;DB1 上在事务 T1 在被执行后，会把执行事务 T1 信息广播给集群各个节点，包括 DB1 本身，通过 Paxos 模块广播给 MGR 集群各个节点，半数以上的节点同意并且达成共识，之后共识信息进入各个节点的冲突检测 certify 模块，各个节点各自进行冲突检测验证，最终保证事务在集群中最终一致性。
在冲突检测通过之后，本地事务 T1 在 DB1 直接提交即可，否则直接回滚。远端事务 T1 在 DB2 和 DB3 分别先更新到 relay log，然后应用到 binlog，完成数据的同步，否则直接放弃该事务。
图 7：MGR 组复制技术示意图
前面我们从全局视角介绍了一个事务在 MGR 集群中从开始到结束整个处理过程，接下从局部角度详细介绍冲突检测机制实现机制。
5. transaction message 和 certification info
分别是什么?
介绍冲突检测实现原理之前，先介绍一下广播信息 transaction message、冲突检测内存 certification info 的结构组成。
(1) transaction message
如图 8 所示，transaction message 保存是事务 T1 要更新行的的相关信息,有 transaction_context_log_event 和 gtid_log_event 及 log_event_group 三部分组成。
具体组成：
- write set 叫写入集合，是事务更新行相关信息的 Hash 值。write set=Hash(库名+表名+主键(唯一键)字段信息)
- gtid_executed 为已经执行过的事务 gtid 集合，也即事务快照版本。
- 把 write set 和 gtid_executed 打包成为事务上下文信息，transaction_context_log_event。
- gtid_log_event为已经执行过的事务 gtid 集合。
- log_event_group 为事务日志信息，后续要更新到 relay log 中。
- 把 3 和 4 和 5 一起打包成为 transaction message 广播给其它节点。
图 8：广播信息的内容结构
(2) certification info
广播的信息到达冲突检测模块 certification 之后是如何工作?
每个节点都有一个 certification info 的内存结构，certification info 保存了通过冲突检测的事务的 write set 和 gtid_executed。
certification info 相当于一个 map，key 是 string 结构，保存 write set 中提取的主键值;value 是 set 集合，保存 gtid_executed 事务快照版本。
例如 T1 事务，T1 更新数据库 d1 中的表 t1 中两行数据 id=1 和 id=2，它对应快照版本 UUID_MGR 是 :1-100，刚开始 certification info 为空，所以直接提交，之后 certification info 中快照版本直接更新为 1-101。
图 9：certification info 结构图
6. 冲突检测核心机制!敲黑板!
通过上面的例子可知通过冲突检测标准：若 transaction UUID_MGR ">="certification info UUID_MGR，则冲突检测通过。
图 10：冲突检测事务执行举例
根据上述标准举例，事务 T2，更新 id=2 的行，事务 T2 的 UUID_MGR 为 1-102，节点中冲突检测模块中的 certification info 中的 UUID_MGR 为 1-101，这里 T2:UUID_MGR:1-102>UUID_MGR:1-100，则 T2 冲突检测通过。
反之，事务 T3，更新 id=1 的行，事务 T3 的 UUID_MGR 为 1-100, 节点中冲突检测模块中的 certification info 中的 UUID_MGR 为 1-101，很明显 T3:UUID_MGR:1-100
上面是针对于单独一个写来进行判断，现在我们来展示一下多节点模式中，多个事务同时写入时冲突检测机制。
如下图所示，三个事务 T4、T5、T6 并行写入某个 MySQL 节点，通过了 Paxos 协议模块达成一致性共识，进行冲突检测时遵循下面三个原则：
- 多个事务修改同一个 id 对应的数值，需要按照先后顺序进行冲突检测。
- 多个事务同时对不同的 id 进行修改，各自进行修改即可。
- 不同的事务对同一个 id 修改，需要按照先后顺序进行冲突检测即。
图 11：多事务同时写入示意图
如图 11 所示，事务 T4 和事务 T5 同时更新 id=1 的行，按照先来后到顺序进行冲突检测，T4 先到先进行冲突检测。
- 事务 T4，更新 id=1 的行，事务 T4 的 UUID_MGR 为 1-102，节点中冲突检测模块中的 certification info 中 id=1 的 UUID_MGR 为 1-101，很明显 T2:UUID_MGR:1-102>UUID_MGR:1-101，则 T4 冲突检测通过，更新为 certification info 中 UUID_MGR 为 1-103。
- 事务 T5，更新 id=1 的行，事务 T5 的 UUID_MGR 为 1-100, 节点中冲突检测模块中的 certification info 中 id=1 的 UUID_MGR 为 1-102，其中 T5:UUID_MGR:1-100>UUID_MGR:1-102，则 T5 冲突检测不通过。
- 事务 T6，更新 id=3 的行，事务 T6 的 UUID_MGR 为 1-100, 节点中冲突检测模块中的 certification info 中 id=3 的 UUID_MGR 为空，其中 T6:UUID_MGR:1-100>UUID_MGR，则 T6 冲突检测通过,更新为 certification info 中 UUID_MGR 为 1-101。
如下图 12 所示，事务 T4 和事务 T5 并行修改 id=1，T4 写入成功，T5 丢弃，T6 写入 id=3 事务，写入成功。
图 12：多事务同时写入结果图
随着 write set 不断写入 certification info 中，内存消耗会相应增大，MGR 有配套的 write set 清理线程，每隔一段时间去清理已经在节点应用或者回放的事务的 write set 信息。
7. MGR 技术特点有哪些?
如下图 13 所示，MGR 具备以下技术特点：
- MGR 是基于 Paxos 协议和原生复制的分布式集群，大多数节点同意即可以通过议题的模式，数据一致性高。
- 具备高可用、自动故障检测功能，可自动切换。
- 可弹性扩展，集群自动的新增和移除节点，集群最多接入 9 个节点。
- 有单主和多主模式。支持多节点写入，具备冲突检测机制，可以适应多种应用场景需求。
图 13：MGR 技术闪亮点
MGR 目前还存在一些功能限制和不足，但是是未来数据库发展的一个趋势，随着产品不断完善，MGR 必将引领数据库系统发展的潮流。
8. 总结展望
MySQL 是应用最广泛的一个开源数据库 ，其中 MGR 技术在保证数据一致性基础上，可自动进行故障检测、自动切换，具备防脑裂机制，兼具多节点写入等优点，是一个很好的技术发展方向。
目前部分银行应用 MySQL 比例较高，并且也已开始推广上线 MGR 架构;G 行数据库数据库规划秉持传统数据库和开源数据库并行使用模式，MySQL 线上应用也有上百套，其中的 A 类系统中的分布式企业总线开始应用实践 MGR 技术。后续还将持续推广该项技术，不断提升开源数据库技术管理水平。
最后跟大家梳理一下文章内容，先介绍 MySQL MGR 技术演变过程，然后全局阐述了事务生命周期，最后详细解释了事务冲突检测机制，文章略长但干货够足，大家看懂了没?
本文整理自光大银行信息科技部杜蓉在《大咖来了》的直播分享：
《DBA 女神带你从 0 到 1 揭秘 MGR》
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