MariaDB Galera Cluster 原理：同步多主复制
你的 MySQL 数据库正在跑着，突然 master 挂了。
运维同学手忙脚乱地切换到 slave，业务中断了 30 分钟。
隔壁用 MariaDB 的团队笑了：「我们不需要手动切换。」
Galera Cluster 是 MariaDB 的杀手锏——真正的同步多主集群，让你的数据库永远在线。
Galera Cluster 概述
什么是 Galera Cluster？
Galera Cluster 是一种同步多主（Multi-Master）复制解决方案，多个 MariaDB 节点组成一个集群，任意节点都可以接收写入。
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│ Galera Cluster 架构 │
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│ 客户端 │
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│ ┌───┴───┐ │
│ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌───┐ ┌───┐ ┌───┐ │
│ │写 │ │写 │ │写 │ ← 任意节点可写入 │
│ └───┘ └───┘ └───┘ │
│ │ │ │ │
│ └────────┼────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌─────────────────┐ │
│ │ Galera 复制层 │ │
│ │ │ │
│ │ Certification │ ← 证书验证 │
│ │ Replication │ ← 同步复制 │
│ │ Flow Control │ ← 流量控制 │
│ └─────────────────┘ │
│ │ │
│ ┌────────┼────────┐ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌───┐ ┌───┐ ┌───┐ │
│ │ N1 │◄─┤ N2 │◄─┤ N3 │ ← 节点间全量同步 │
│ └───┘ └───┘ └───┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘核心特性
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 同步复制 | 所有节点数据一致 |
| 多主架构 | 任意节点可写入 |
| 自动故障转移 | 节点故障自动剔除 |
| 自动成员管理 | 新节点自动加入 |
| 强一致性 | 真正的 ACID |
| 无脑裂 | 不会出现数据分裂 |
Galera vs MySQL 传统复制
| 维度 | MySQL 传统复制 | Galera Cluster |
|---|---|---|
| 复制类型 | 异步 | 同步 |
| 写入点 | 单主 | 多主 |
| 数据一致性 | 最终一致 | 强一致 |
| 故障恢复 | 手动 | 自动 |
| 延迟影响 | 主延迟影响从 | 同步等待 |
| 切换时间 | 分钟级 | 秒级 |
| 脑裂风险 | 存在 | 无 |
Galera 工作原理
复制流程
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│ Galera 复制流程 │
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│ 节点 N1 收到事务 T │
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│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ │
│ │ 本地执行 T │ │
│ │ (生成 write set) │ │
│ └────────┬─────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ │
│ │ Certification │ ← 验证 write set 是否冲突 │
│ │ (证书验证) │ │
│ └────────┬─────────┘ │
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│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ │
│ │ 广播到所有节点 │ │
│ └────────┬─────────┘ │
│ │ │
│ ┌─────┼─────┐ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ N2 N3 N4 │
│ │ │ │ │
│ └─────┼─────┘ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ │
│ │ 同步执行 T │ │
│ │ (所有节点应用) │ │
│ └──────────────────┘ │
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│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ │
│ │ 提交事务 T │ ← 所有节点确认后提交 │
│ └──────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘Certification（证书验证）
Galera 使用乐观并发控制：
- 每个事务生成一个 write set（包含修改的行信息）
- Write set 广播到所有节点
- 每个节点验证 write set 是否与其他事务冲突
- 如果无冲突，事务提交；如果冲突，事务回滚
sql
-- 冲突示例
-- 节点 N1 执行：UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
-- 节点 N2 执行：UPDATE accounts SET balance = balance - 200 WHERE id = 1;
-- 两个事务同时执行，write set 包含相同行的修改
-- Galera 会在 certification 阶段检测到冲突
-- 后提交的事务会被回滚（wsrep_caused_threads_count 增加）Flow Control（流量控制）
Galera 使用流量控制来保证集群同步：
sql
-- 查看 Flow Control 状态
SHOW STATUS LIKE 'wsrep_flow_control%';
-- 典型输出：
-- wsrep_flow_control_paused: 0.001234 -- 暂停比例（越小越好）
-- wsrep_flow_control_paused_ns: 12345 -- 暂停总时间（纳秒）
-- wsrep_flow_control_recv: 12345 -- 收到的 FC 请求数
-- wsrep_flow_control_sent: 123 -- 发送的 FC 请求数组件架构
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│ Galera 组件架构 │
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│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ MariaDB │ │
│ │ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │ │
│ │ │ Galera Plugin │ │ │
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│ │ │ ┌─────────┐ ┌──────────┐ ┌───────────┐ │ │ │
│ │ │ │ Cert │ │ Replicator│ │ applier │ │ │ │
│ │ │ │ (验证) │ │ (复制器) │ │ (应用器) │ │ │ │
│ │ │ └─────────┘ └──────────┘ └───────────┘ │ │ │
│ │ │ │ │ │
│ │ │ ┌─────────┐ ┌──────────┐ │ │ │
│ │ │ │ gcs │ │ ist/ SST │ │ │ │
│ │ │ │ (全局通信)│ │ (增量/全量同步)│ │ │ │
│ │ │ └─────────┘ └──────────┘ │ │ │
│ │ └─────────────────────────────────────────────┘ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
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│ ▼ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ wsrep API (Galera Provider) │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
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│ ▼ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Galera Replication Library │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘集群配置
环境准备
bash
# 三台服务器准备
# Node1: 192.168.1.101
# Node2: 192.168.1.102
# Node3: 192.168.1.103
# 安装 MariaDB + Galera
apt update && apt install -y mariadb-server galera-4配置文件
ini
# /etc/mysql/mariadb.conf.d/galera.cnf
[mysqld]
# Galera 基本配置
binlog_format=row
default_storage_engine=InnoDB
innodb_autoinc_lock_mode=2
bind-address=0.0.0.0
# Galera 集群配置
wsrep_on=ON
wsrep_provider=/usr/lib/galera/libgalera_sSM.so
wsrep_cluster_name="my_cluster"
wsrep_cluster_address="gcomm://192.168.1.101,192.168.1.102,192.168.1.103"
# 节点配置
wsrep_node_name="node1"
wsrep_node_address="192.168.1.101"
# SST (State Snapshot Transfer) 配置
wsrep_sst_method=rsync
wsrep_sst_auth=sstuser:password
# 避免脑裂
pc.weight=1
# 流控配置
wsrep_slave_threads=16
wsrep_retry_autocommit=3启动集群
bash
# Node1：引导集群（首次启动）
galera_new_cluster
# Node2 和 Node3：普通启动
systemctl start mariadb
# 验证集群状态
mysql -u root -p -e "SHOW STATUS LIKE 'wsrep_cluster%';"集群状态查看
sql
-- 查看集群成员数量
SHOW STATUS LIKE 'wsrep_cluster_size';
-- 结果：3
-- 查看集群状态
SHOW STATUS LIKE 'wsrep_cluster_status';
-- 结果：Primary（正常）或 Non-Primary（异常）
-- 查看同步状态
SHOW STATUS LIKE 'wsrep_flow_control_paused';
-- 结果：0.001234（接近0表示正常）
-- 查看节点状态
SHOW STATUS LIKE 'wsrep_%';同步状态与性能
同步状态
sql
-- 查看所有节点状态
SHOW STATUS LIKE 'wsrep_incoming_addresses';
-- 查看复制延迟
SHOW STATUS LIKE 'wsrep Replication latency';
-- 查看认证冲突
SHOW STATUS LIKE 'wsrep_cert%';
-- 查看本地队列
SHOW STATUS LIKE 'wsrep_local%';性能监控
sql
-- 复制性能指标
SHOW STATUS LIKE 'wsrep%';
-- 常用指标解释
-- wsrep_local_recv_queue_avg: 本地接收队列平均长度
-- wsrep_local_send_queue_avg: 本地发送队列平均长度
-- wsrep_local_bf_aborts: 本地事务因冲突回滚数
-- wsrep_cert_deps_distance: 认证依赖距离
-- wsrep_slave_threads: 复制线程数Java 客户端配置
java
public class GaleraClusterDemo {
// 集群节点列表
private static final String[] NODES = {
"192.168.1.101:3306",
"192.168.1.102:3306",
"192.168.1.103:3306"
};
public Connection getConnection() throws SQLException {
// 方式一：连接指定节点
String url = "jdbc:mariadb://192.168.1.101:3306/mydb";
return DriverManager.getConnection(url, "user", "password");
// 方式二：使用多个主机（MariaDB Connector 自动重试）
// 需要配置允许重试的主机
}
// HA 连接池配置
public HikariConfig createHikariConfig() {
HikariConfig config = new HikariConfig();
// 集群模式下，建议使用所有节点
config.setJdbcUrl("jdbc:mariadb://192.168.1.101:3306,192.168.1.102:3306,192.168.1.103:3306/mydb");
config.setUsername("user");
config.setPassword("password");
// 连接池配置
config.setMaximumPoolSize(20);
config.setMinimumIdle(5);
config.setConnectionTimeout(30000);
// 自动重试配置
config.addDataSourceProperty("autoReconnect", "true");
config.addDataSourceProperty("retriesAllDown", "3");
return config;
}
// 故障转移处理
public void failoverDemo() {
int maxRetries = 3;
SQLException lastException = null;
for (int i = 0; i < maxRetries; i++) {
try (Connection conn = getConnection()) {
// 执行查询
String sql = "SELECT * FROM users LIMIT 1";
ResultSet rs = conn.createStatement().executeQuery(sql);
return;
} catch (SQLException e) {
lastException = e;
System.out.println("尝试 " + (i + 1) + " 失败: " + e.getMessage());
if (i < maxRetries - 1) {
try {
Thread.sleep(1000 * (i + 1));
} catch (InterruptedException ie) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
}
}
throw new RuntimeException("所有节点都不可用", lastException);
}
}写入冲突处理
乐观锁 vs 悲观锁
sql
-- Galera 使用乐观锁
-- 写入时不会阻塞读
-- 示例：两个节点同时更新同一行
-- Node 1: UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
-- Node 2: UPDATE accounts SET balance = balance - 200 WHERE id = 1;
-- 结果：
-- 第一个提交的会成功
-- 第二个提交的事务会因 certification 失败而回滚
-- 应用会收到死锁错误（wsrep_last_committed = 上一个事务）避免冲突的最佳实践
sql
-- 1. 写入到同一节点（使用 Galera 路由器，如 MaxScale）
-- 2. 按主键分片写入
-- 3. 使用 SERIALIZABLE 隔离级别（会降低并发）
-- 4. 设计时避免同一行的并发写入
-- 示例：按用户 ID 路由写入
-- 奇数用户写入 Node1
-- 偶数用户写入 Node2Galera 的限制
不适合的场景
| 限制 | 说明 |
|---|---|
| 大事务 | Galera 复制整个事务，大事务会阻塞 |
| 长事务 | 长时间持有锁会影响集群同步 |
| WAN 延迟 | 跨地域延迟会导致性能下降 |
| 节点数量 | 建议 ≤ 9 节点 |
| DDL | 某些 DDL 可能锁表 |
| 存储引擎 | 必须是支持 Galera 的引擎（InnoDB/XtraDB） |
性能优化
sql
-- 优化 wsrep_slave_threads
SET GLOBAL wsrep_slave_threads = 16;
-- 优化 flow control
SET GLOBAL wsrep_causal_reads = 'ON';
-- 优化认证批次
SET GLOBAL wsrep_cert_batch_size = 10000;
-- 监控并调整
SHOW STATUS LIKE 'wsrep%';面试追问
追问一：Galera Cluster 和 MySQL MGR 有什么区别？
| 维度 | Galera | MGR |
|---|---|---|
| 开发方 | Codership（开源） | Oracle MySQL（官方） |
| 协议 | 乐观并发 + 证书验证 | Paxos 协议 |
| 写入节点 | 多主 | 可单主可多主 |
| 冲突检测 | Certification | 2PC + 冲突检测 |
| 性能 | 优化良好 | MySQL 8.0+ |
| 生态 | MariaDB, Percona | 仅 MySQL |
| 成熟度 | 更成熟 | 较新 |
追问二：Galera 的「脑裂」问题如何解决？
Galera 通过以下机制避免脑裂：
- Primary Component：只有 Primary 状态的集群才能写入
- Quorum：多数节点投票决定集群状态
- pc.weight：可以设置节点权重
sql
-- 当网络分区时，非多数节点会变成 non-Primary
-- 等待网络恢复后自动恢复
-- 强制恢复（谨慎使用）
SET GLOBAL wsrep_provider_options='pc.ignore_sandbox=true';追问三：Galera 节点间的数据同步如何进行？
两种方式：
- SST (State Snapshot Transfer)：全量同步
- 新节点加入时使用
- 方法：rsync, xtrabackup, mysqldump
- IST (Incremental State Transfer)：增量同步
- 节点短暂离开后重新加入
- 只同步缺失的部分
总结
| 要点 | 说明 |
|---|---|
| 核心原理 | 同步多主复制，基于 write set 证书验证 |
| 主要优势 | 强一致性、自动故障转移、无脑裂 |
| 复制流程 | 本地执行 → 证书验证 → 广播 → 同步应用 → 提交 |
| Flow Control | 流量控制保证集群同步 |
| 性能指标 | wsrep_flow_control_paused（接近0为佳） |
| 限制 | 大事务、长事务、WAN 场景需注意 |
Galera Cluster 让 MariaDB 拥有了企业级的高可用能力，是目前最成熟的 MySQL/MariaDB 同步多主解决方案。
下一步
- 想了解 Galera 节点管理？MariaDB Galera Cluster 节点加入与故障恢复
- 想了解 MariaDB 主从复制？MariaDB 主从复制与 GTID
- 想了解读写分离？MariaDB MaxScale 读写分离中间件