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面试题:如何基于MariaDB binlog实现高可用架构中的数据一致性保障

在MariaDB构建的高可用架构场景下,由于网络延迟、节点故障等因素可能影响数据一致性,结合binlog机制,描述你会采取哪些策略和技术手段来确保各个节点间数据的强一致性或最终一致性,并且要说明每种策略的优缺点。
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数据库MariaDB

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基于同步复制确保强一致性

  • 策略:在MariaDB高可用架构中,采用同步复制。主库在写入数据并记录binlog后,等待所有从库接收并应用该binlog日志后,才返回成功给客户端。这确保了主从库数据在写入时的一致性。
  • 优点:能提供强一致性保证,从库数据与主库数据实时同步,在任何时刻所有节点数据状态相同,适合对数据一致性要求极高的场景,如金融交易数据。
  • 缺点:性能受限于最慢的从库,网络延迟或从库性能问题会导致主库写入操作长时间等待,降低系统整体写入性能。而且如果有从库故障,主库写入操作会被阻塞,影响系统可用性。

半同步复制兼顾一致性与性能

  • 策略:主库在写入数据和binlog后,只需等待至少一个从库接收并确认接收到binlog,就返回成功给客户端。后续从库异步应用binlog。
  • 优点:相比同步复制,提高了系统性能,减少了主库等待时间,在一定程度上兼顾了数据一致性和系统性能。在部分从库故障时,只要有一个从库能正常接收binlog,主库仍可继续工作,提高了系统可用性。
  • 缺点:不能保证所有从库数据与主库实时一致,存在短暂的数据不一致窗口。如果接收binlog的从库在应用binlog前发生故障,可能导致数据丢失风险。

异步复制实现最终一致性

  • 策略:主库在写入数据和binlog后,无需等待从库确认,直接返回成功给客户端。从库异步地从主库拉取binlog并应用。
  • 优点:性能最高,主库写入操作不受从库影响,系统写入吞吐量高。适用于对写入性能要求极高,对数据一致性要求相对宽松,允许存在一定时间数据不一致的场景,如日志记录等。
  • 缺点:数据一致性最弱,从库数据更新存在延迟,在主库故障切换场景下,可能丢失部分未同步到从库的数据,导致数据不一致。

基于GTID的故障恢复与一致性修复

  • 策略:使用全局事务标识符(GTID)。每个事务在主库生成唯一的GTID,写入binlog。从库通过GTID来追踪和应用事务,在节点故障恢复或数据不一致修复时,依据GTID确保事务的准确重放和数据一致性恢复。
  • 优点:简化了故障恢复流程,提高了数据一致性修复的准确性和效率。无论主从库如何变化,只要GTID一致,就能保证数据最终一致。
  • 缺点:需要数据库版本支持GTID功能,在一些老旧版本上无法使用。而且GTID机制本身会增加一定的系统开销,如额外的元数据存储和处理。

定期数据校验与修复

  • 策略:定期对主从库的数据进行校验,可以通过计算数据的哈希值等方式,对比主从库相同数据段的哈希值。如果发现不一致,根据binlog记录进行数据修复,从主库重放相关事务到从库。
  • 优点:能及时发现并修复由于各种原因导致的数据不一致问题,增强了数据一致性的保障。对于一些难以通过常规复制机制检测到的细微数据差异,也能有效发现。
  • 缺点:定期校验会增加系统额外开销,包括计算哈希值和对比数据的CPU和I/O开销。而且数据修复过程可能会影响系统正常运行,如重放事务可能会阻塞从库的其他操作。