面试题：MySQL高可用性架构下数据库分片的故障转移机制

Question

假设已构建基于MySQL的高可用数据库分片集群，描述当某个分片节点发生故障时，如何实现快速且透明的故障转移，确保业务系统的正常运行，需要考虑数据一致性、应用端感知等方面。

Answer 1

1. 故障检测
   • 心跳检测机制：使用心跳检测工具，如MySQL的内置心跳机制或第三方工具（如MHA的心跳检测脚本），定时向每个分片节点发送心跳包。如果在一定时间内（如30秒）未收到响应，则判定该节点可能发生故障。
   • 查询验证：定期执行简单的SQL查询（如SELECT 1），若查询超时或返回错误，则进一步确认节点故障。
2. 数据一致性保障
   • 主从复制：在高可用集群中，采用主从复制架构。正常情况下，主节点负责写操作，从节点复制主节点的数据。当主分片节点故障时，选择一个从节点提升为主节点。由于MySQL的主从复制基于二进制日志（binlog），从节点通过重放binlog来保持与主节点的数据一致性。
   • 半同步复制：启用半同步复制，确保至少有一个从节点接收到并写入主节点的事务日志后，主节点才向客户端返回成功响应。这样在主节点故障时，提升的从节点数据与原主节点的一致性更高，减少数据丢失风险。
3. 故障转移实现
   • MHA（Master High Availability）：
     • 自动检测：MHA管理器持续监控所有节点的状态，当检测到某个分片主节点故障时，它会迅速做出反应。
     • 选主策略：根据配置和节点状态，MHA会优先选择数据最新的从节点提升为主节点。例如，通过比较从节点的复制延迟和日志位点（relay log position）来确定最佳候选者。
     • 切换操作：MHA通过调用SSH等工具，在新主节点上执行相关命令（如停止从复制线程、设置为主节点等），并通知其他从节点将复制源切换到新主节点。
   • Orchestrator：
     • 拓扑管理：Orchestrator维护整个集群的拓扑结构信息。当检测到故障节点时，它能根据预定义的规则和当前集群状态进行故障转移。
     • 自动修复：Orchestrator可以自动执行故障节点的替换操作，包括将从节点提升为主节点，重新配置其他从节点的复制关系等。
4. 应用端感知
   • 配置中心：应用程序通过配置中心获取数据库连接信息。在故障转移后，配置中心更新相应分片的连接地址（将原主节点地址更新为新主节点地址）。应用程序定期从配置中心拉取最新配置，这样可以在不重启应用的情况下，透明地使用新的数据库连接，对业务系统的影响降至最低。
   • 负载均衡器：在应用与数据库之间使用负载均衡器（如HAProxy、Nginx等）。负载均衡器持续监控数据库节点的健康状态，当某个分片节点故障时，负载均衡器自动将流量从故障节点转移到其他正常节点。同时，在故障转移完成后，负载均衡器将新主节点纳入负载均衡池，确保应用端请求能够正确路由到新的数据库主节点，而应用无需感知数据库节点的变化。