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主从延迟作为 MySQL 的痛点已经存在很多年了，以至于大家都有一种错觉：有 MySQL 复制的地方就有主从延迟。
对于主从延迟的原因，很多人将之归结为从库的单线程重放。
但实际上，这个说法比较片面，因为很多场景，并行复制方案也解决不了，譬如从库 SQL 线程被阻塞了，从库磁盘 IO 存在瓶颈等。
很多童鞋在分析此类问题时缺乏一个系统的方法论，以致无法准确地定位出主从延迟的根本原因。
下面就如何分析主从延迟做一个系统、全面的总结。
本文主要包括以下两方面的内容。
- 如何分析主从延迟。
- 主从延迟的常见原因及解决方法。
下一篇文章会介绍如何监控主从延迟，包括如何解读 Seconds_Behind_Master、Seconds_Behind_Master 的局限性、pt-heartbeat 及 MySQL 8.0 原生的解决方案，敬请留意。
如何分析主从延迟
分析主从延迟一般会采集以下三类信息。
从库服务器的负载情况
为什么要首先查看服务器的负载情况呢？因为软件层面的所有操作都需要系统资源来支撑。
常见的系统资源有四类：CPU、内存、IO、网络。对于主从延迟，一般会重点关注 CPU 和 IO 。
分析 CPU 是否达到瓶颈，常用的命令是 top，通过 top 我们可以直观地看到主机的 CPU 使用情况。以下是 top 中 CPU 相关的输出。
Cpu(s): 0.2%us, 0.2%sy, 0.0%ni, 99.5%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.2%si, 0.0%st
下面我们看看各个指标的具体含义。
us：处理用户态（ user ）任务的 CPU 时间占比。
sy：处理内核态（ system ）任务的 CPU 时间占比。
ni：处理低优先级进程用户态任务的 CPU 时间占比。
进程的优先级由 nice 值决定，nine 的范围是 -20 ～ 19 ，值越大，优先级越低。其中，1 ～ 19 称之为低优先级。
id：处于空闲状态（ idle ）的 CPU 时间占比。
wa：等待 IO 的 CPU 时间占比。
hi：处理硬中断（ irq ）的 CPU 时间占比。
si：处理软中断（ softirq ）的 CPU 使用率。
st：当系统运行在虚拟机中的时候，被其它虚拟机占用（ steal ）的 CPU 时间占比。
一般来说，当 CPU 使用率 （ 1 - 处于空闲状态的 CPU 时间占比 ）超过 90% 时，需引起足够关注。毕竟，对于数据库应用来说，CPU 很少是瓶颈，除非有大量的慢 SQL 。
接下来看看 IO。
查看磁盘 IO 负载情况，常用的命令是 iostat 。
# iostat -xm 1
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
4.21 0.00 1.77 0.35 0.00 93.67
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rMB/s wMB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
sda 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
sdb 0.00 0.00 841.00 3234.00 13.14 38.96 26.19 0.60 0.15 0.30 0.11 0.08 32.60
命令中指定了 3 个选项，其中，
-x：打印扩展信息。
-m：指定吞吐量的单位是 MB/s ，默认是 KB/s 。
1：每隔 1s 打印一次。
下面看看输出中各指标的具体含义。
rrqm/s：每秒被合并的读请求的数量。
wrqm/s：每秒被合并的写请求的数量。
r/s：每秒发送给磁盘的读请求的数量。
w/s：每秒写入磁盘的写请求的数量。注意，这里的请求是合并后的请求。r/s + w/s 等于 IOPS 。
rMB/s：每秒从磁盘读取的数据量。
wMB/s：每秒写入磁盘的数据量。rMB/s + wMB/s 等于吞吐量。
avgrq-sz：I/O 请求的平均大小，单位是扇区，扇区的大小是 512 字节。一般而言，I/O 请求越大，耗时越长。
avgqu-sz：队列里的平均 I/O 请求数量。
await：I/O 请求的平均耗时，包括磁盘的实际处理时间及队列中的等待时间，单位 ms 。
其中，r_await 是读请求的平均耗时，w_await 是写请求的平均耗时。
svctm：I/O 请求的平均服务时间，单位 ms 。注意，这个指标已弃用，在后续版本会移除。
%util：磁盘饱和度。反映了一个采样周期内，有多少时间在做 I/O 操作。
一般来说，我们会重点关注 await 和 %util。
对于只能串行处理 I/O 请求的设备来说，%util 接近 100% ，就意味着设备饱和。但对于 RAID、SSD 等设备，因为它能并行处理，故该值参考意义不大，即使达到了 100% ，也不意味着设备出现了饱和。至于是否达到了性能上限，需参考性能压测下的 IOPS 和吞吐量。
主从复制状态
对于主库，执行 SHOW MASTER STATUS 。
mysql> show master status;
+------------------+----------+--------------+------------------+---------------------------------------------+
| File | Position | Binlog_Do_DB | Binlog_Ignore_DB | Executed_Gtid_Set |
+------------------+----------+--------------+------------------+---------------------------------------------+
| mysql-bin.000004 | 1631495 | | | bd6b3216-04d6-11ec-b76f-000c292c1f7b:1-5588 |
+------------------+----------+--------------+------------------+---------------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)
SHOW MASTER STATUS 的输出中重点关注 File 和 Position 这两个指标的值。
对于从库，执行 SHOW SLAVE STATUS 。
mysql> show slave status\G
*************************** 1. row ***************************
...
Master_Log_File: mysql-bin.000004
Read_Master_Log_Pos: 1631495
...
Relay_Master_Log_File: mysql-bin.000004
...
Exec_Master_Log_Pos: 1631495
...
SHOW SLAVE STATUS 的输出中重点关注 Master_Log_File，Read_Master_Log_Pos，Relay_Master_Log_File，Exec_Master_Log_Pos 这四个指标的值。
接下来，重点比较以下两对值。
第一对：( File , Position ) & ( Master_Log_File , Read_Master_Log_Pos )
这里面，
- ( File , Position ) 记录了主库 binlog 的位置。
- ( Master_Log_File , Read_Master_Log_Pos ) 记录了 IO 线程当前正在接收的二进制日志事件在主库 binlog 中的位置。
如果 ( File , Position ) 大于 ( Master_Log_File , Read_Master_Log_Pos ) ，则意味着 IO 线程存在延迟。
第二对：( Master_Log_File , Read_Master_Log_Pos ) & ( Relay_Master_Log_File , Exec_Master_Log_Pos )
这里面，( Relay_Master_Log_File, Exec_Master_Log_Pos ) 记录了 SQL 线程当前正在重放的二进制日志事件在主库 binlog 的位置。
如果 ( Relay_Master_Log_File, Exec_Master_Log_Pos ) < ( Master_Log_File, Read_Master_Log_Pos ) ，则意味着 SQL 线程存在延迟。
主库 binlog 的写入量
主要是看主库 binlog 的生成速度，比如多少分钟生成一个。
主从延迟的常见原因及解决方法
下面分别从 IO 线程和 SQL 线程这两个方面展开介绍。
IO 线程存在延迟
下面看看 IO 线程出现延迟的常见原因及解决方法。
网络延迟。
判断是否为网络带宽限制。如果是，可开启 slave_compressed_protocol 参数，启用 binlog 的压缩传输。或者从 MySQL 8.0.20 开始，通过 binlog_transaction_compression 参数开启 binlog 事务压缩。
磁盘 IO 存在瓶颈 。
可调整从库的双一设置或关闭 binlog。
注意，在 MySQL 5.6 中，如果开启了 GTID ，则会强制要求开启 binlog ，MySQL 5.7 无此限制。
网卡存在问题。
这种情况不多见，但确实碰到过。当时是一主两从的架构，发现一台主机上的所有从库都延迟了，但这些从库对应集群的其它从库却没有延迟，后来通过 scp 远程拷贝文件进一步确认了该台主机的网络存在问题，最后经系统组确认，网卡存在问题。
一般情况下，IO 线程很少存在延迟。
SQL 线程存在延迟
下面看看 SQL 线程出现延迟的常见原因及解决方法。
主库写入量过大，SQL 线程单线程重放
具体体现如下：
- 从库磁盘 IO 无明显瓶颈。
- Relay_Master_Log_File , Exec_Master_Log_Pos 也在不断变化。
- 主库写入量过大。如果磁盘使用的是 SATA SSD，当 binlog 的生成速度快于 5 分钟一个时，从库重放就会有瓶颈。
这个是 MySQL 软件层面的硬伤。要解决该问题，可开启 MySQL 5.7 引入的基于 LOGICAL_CLOCK 的并行复制。
关于 MySQL 并行复制方案，可参考：MySQL 并行复制方案演进历史及原理分析
STATEMENT 格式下的慢 SQL
具体体现，在一段时间内 Relay_Master_Log_File , Exec_Master_Log_Pos 没有变化。
看下面这个示例，对 1 张千万数据的表进行 DELETE 操作，表上没有任何索引，在主库上执行用了 7.52s，观察从库的 Seconds_Behind_Master，发现它最大达到了 7s 。
mysql> show variables like 'binlog_format';
+---------------+-----------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-----------+
| binlog_format | STATEMENT |
+---------------+-----------+
1 row in set (0.00 sec)
mysql> select count(*) from sbtest.sbtest1;
+----------+
| count(*) |
+----------+
| 10000000 |
+----------+
1 row in set (1.41 sec)
mysql> show create table sbtest.sbtest1\G
*************************** 1. row ***************************
Table: sbtest1
Create Table: CREATE TABLE `sbtest1` (
`id` int NOT NULL,
`k` int NOT NULL DEFAULT '0',
`c` char(120) NOT NULL DEFAULT '',
`pad` char(60) NOT NULL DEFAULT ''
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci
1 row in set (0.00 sec)
mysql> delete from sbtest.sbtest1 where id <= 100;
Query OK, 100 rows affected (7.52 sec)
对于这种执行较慢的 SQL ，并行复制实际上也是无能为力的， 此时只能优化 SQL。
在 MySQL 5.6.11 中，引入了参数 log_slow_slave_statements ，可将 SQL 重放过程中执行时长超过 long_query_time 的操作记录在慢日志中。
表上没有任何索引，且二进制日志格式为 ROW
同样，在一段时间内，Relay_Master_Log_File , Exec_Master_Log_Pos 不会变化。
如果表上没有任何索引，对它进行操作，在主库上只是一次全表扫描。但在从库重放时，因为是 ROW 格式，对于每条记录的操作都会进行一次全表扫描。
还是上面的表，同样的操作，只不过二进制日志格式为 ROW ，在主库上执行用了 7.53s ，但 Seconds_Behind_Master 最大却达到了 723s ，是 STATEMENT 格式下的 100 倍。
mysql> show variables like 'binlog_format';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| binlog_format | ROW |
+---------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)
mysql> delete from sbtest.sbtest1 where id <= 100;
Query OK, 100 rows affected (7.53 sec)
如果因为表上没有任何索引，导致主从延迟过大，常见的优化方案如下：
在从库上临时创建个索引，加快记录的重放。注意，尽量选择一个区分度高的列添加索引，列的区分度越高，重放的速度就越快。
将参数 slave_rows_search_algorithms 设置为 INDEX_SCAN,HASH_SCAN 。
设置后，对于同样的操作，Seconds_Behind_Master 最大只有 53s 。
大事务
这里的大事务，指的是二进制日志格式为 ROW 的情况下，操作涉及的记录数较多。
还是上面的测试表，只不过这次 id 列是自增主键，执行批量更新操作。更新操作如下，其中，N 是记录数，M 是一个随机字符，每次操作的字符均不一样。
update sbtest.sbtest1 set c=repeat(M,120) where id<=N
接下来我们看看不同记录数下对应 Seconds_Behind_Master 的最大值。
可见，随着记录数的增加，Seconds_Behind_Master 也是不断增加的。
所以对于大事务操作，建议分而治之，每次小批量执行。
判断一个 binlog 是否存在大事务，可通过我之前写的一个 binlog_summary.py 的工具来分析，该工具的具体用法可参考：Binlog分析利器-binlog_summary.py
从库上有查询操作
从库上有查询操作，通常会有两方面的影响：
1. 消耗系统资源。
2. 锁等待。
常见的是从库的查询操作堵塞了主库的 DDL 操作。看下面这个示例。
mysql> show processlist;
+----+-----------------+-----------------+------+---------+------+----------------------------------+----------------------------------------+
| Id | User | Host | db | Command | Time | State | Info |
+----+-----------------+-----------------+------+---------+------+----------------------------------+----------------------------------------+
| 5 | event_scheduler | localhost | NULL | Daemon | 2239 | Waiting on empty queue | NULL |
| 17 | root | localhost | NULL | Query | 0 | init | show processlist |
| 18 | root | localhost | NULL | Query | 19 | User sleep | select id,sleep(1) from sbtest.sbtest1 |
| 19 | system user | connecting host | NULL | Connect | 243 | Waiting for source to send event | NULL |
| 20 | system user | | | Query | 13 | Waiting for table metadata lock | alter table sbtest.sbtest1 add c2 int |
+----+-----------------+-----------------+------+---------+------+----------------------------------+----------------------------------------+
5 rows in set (0.00 sec)
从库上存在备份
常见的是备份的全局读锁阻塞了 SQL 线程的重放。看下面这个示例。
mysql> show processlist;
+----+-----------------+-----------------+------+---------+------+----------------------------------+----------------------------------------+
| Id | User | Host | db | Command | Time | State | Info |
+----+-----------------+-----------------+------+---------+------+----------------------------------+----------------------------------------+
| 5 | event_scheduler | localhost | NULL | Daemon | 4177 | Waiting on empty queue | NULL |
| 17 | root | localhost | NULL | Query | 0 | init | show processlist |
| 18 | root | localhost | NULL | Query | 36 | User sleep | select id,sleep(1) from sbtest.sbtest2 |
| 19 | system user | connecting host | NULL | Connect | 2181 | Waiting for source to send event | NULL |
| 20 | system user | | | Query | 2 | Waiting for global read lock | alter table sbtest.sbtest1 add c1 int |
| 28 | root | localhost | NULL | Query | 17 | Waiting for table flush | flush tables with read lock |
+----+-----------------+-----------------+------+---------+------+----------------------------------+----------------------------------------+
6 rows in set (0.00 sec)
磁盘 IO 存在瓶颈
这个时候可调整从库的双一设置或关闭 binlog。
总结
综合上面的分析，主从延迟的常见原因及解决方法如下图所示。