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# Mysql Group Replication
`Mysql Group Replication`可以用于创建弹性、高可用、有容错的replication拓扑。

groups可以在single-primary mode下进行执行，其支持自动的primary选举，在同一时刻只有一个server接收更新操作。

另外，groups也支持multi-primary mode部署，此时所有servers都能够接收写操作，即使多个写请求是并行发送的。

MGR存在一个内置的group membership service，其在任一时刻都能为所有servers提供一致且可用的组视图。server可以加入和离开group，group view也会随之改变。在某些时刻，server可能非预期的离开group，在这种情况下failure detection机制将会自动感知并通知group去更新group view。

group replication是作为mysql server的插件被提供的。可以通过Innodb Cluster来部署`mysql server instances group`。

> 为了部署多个mysql实例，可以使用Innodb Cluster，其能够通过Mysql Shell轻松的管理mysql server实例组。Innodb Cluster和Mysql Router无缝集成，在应用连接到集群式，无需在应用中编写failover流程。

## Group Replication Background
创建有容错性系统的最常用方式是`采用冗余组件的方案`，即使组件被移除，系统仍可按预期继续运行。这样将会增加系统的复杂性，特别的，`replicated databases`必须维护和管理多台server；并且，servers以集群的方式对外提供服务，还需要处理其他若干的经典分布式系统问题：如network partition或split brain问题。

mysql group replication提供了distributed state machine replication，并保证了servers间的强协同；server在作为同一group的一部分，会自动的彼此之间进行协调。

对于待提交的事务，majority of group必须就`事务在global transactions中的顺序`达成一致。决定事务commit或abort是由每个server单独处理的，但是所有server中，该事务提交/回滚状态都完全一致。如果存在network partition，导致members不能就transaction order达成一致，那么系统将不能继续处理，直至该问题被解决。故而，MGR中存在内置、自动的split-brain保护机制。

上述所有内容都由`GCS`（Group Communication System）协议提供，其提供了如下内容
- 故障检测机制
- group membership service
- safe and completely ordered message delivery

上述所有机制都保证了数据在group of servers之间能够被一致的复制。GCS技术的核心基于`Paxos`算法实现，其用作group communication engine。

### Replication Technologies
传统的mysql replication提供了一种简单的`source to replica`的复制方法：
- source为primary实例
- replica为secondaries实例

source将会应用事务，并对事务进行提交。之后，事务会异步的被发送到replicas，接收到事务的replica会对事务进行重新执行（statement-based replicaion）或被应用（row-based replication）。在默认情况下，所有的server都拥有数据的完整副本。

默认情况下，mysql的异步replication示例图如下：

<img src="https://dev.mysql.com/doc/refman/8.4/en/images/async-replication-diagram.png"  style="width: 100%; max-width: 725px;">

除此之外，还存在半同步的replication，其在协议中添加了同步步骤。示例如下所示，primary会等待replicas接收到事务并向primary返回ack，在接收到ack后才会执行commit操作。
<img src="https://dev.mysql.com/doc/refman/8.4/en/images/semisync-replication-diagram.png"  style="width: 100%; max-width: 725px;">

上面两张图为传统的asynchronous MYSQL replication protocol。

### group replication
group replication是一种用于实现fault-tolerant系统的技术。replication group是一系列servers的集合，其中每个server都含有数据的完整副本，servers之间通过message进行交互。

group中的communication layer提供了一系列保证，例如atomic message和total order message delivery。

Mysql Group Replication基于这些特性、抽象，实现了`multi-source update everywhere replication protocol`。一个replication group由多个server组成，每个server在每时每刻都独立的执行事务。
- read/write事务都只在其被group同意之后才提交；即对于read/write事务，都要由整个group决定其是否能被提交，故而提交操作并不是由源服务器单方面决定的。（read/write transaction代表事务中包含写操作的事务）。
- read-only事务则是不需要group内其他server的协助，立刻就能提交

当`read/write`事务准备好在源server上提交时，都会原子性的广播`write values`和`write set`：
- write values：代表被修改后的整行数据
- write set：被修改数据的唯一标识符

由于transaction是被原子广播的，故而，要么`group中所有servers都接收到该事务`，要么`group中所有servers都未收到该事务`。并且，`对于所有servers，其接收到的所有事务都相同，并且所有事务按照相同的顺序被接收`，并且，会为所有事务建立一个`global total order`。

但是，事务在不同的servers上并行执行时，可能会发生冲突。在被称为`certification`的过程中，该冲突通过查看和比较两个不同并行事务的write sets来检测。在certification的过程中，冲突检测在行级别执行：如果两个并行的事务在不同的servers上执行，并且修改了相同的行，那么这将会存在冲突。

该冲突将会按照如下方案被解决：对于在global total order中排序靠前的事务，其将会在所有server上被提交；而排序靠后的事务则是会终止，在源服务器上被提交，并且被group中的其他servers丢弃。

例如，t1和t2在不同的servers上并发执行，两者都修改了同一行，t2的排序在t1之前，那么在冲突中t2将会获胜而t1会回滚。上述规则则是分布式的`first commit wins rule`。

> 如果两个事务发生冲突的可能性高于不冲突的可能性，那么最好让其在相同的server上执行，并且通过server的local lock机制来对事务进行同步；而不是在不同的server上执行，并因certification造成回滚。

对于已经被认证的事务进行`applying`和`externalizing`，group replicaion允许server`在不破坏一致性和有效性的前提下`偏离`agreed order of the transactions`。`group replication`是一个最终一致性的系统，代表incoming traffic降低或停止时，所有的group members都将包含相同的data content。当traffic较高时，事务可以以稍微不同的顺序进行externalizing，并且，事务在进行externalizing时，在一些servers进行externalizing的时机也可能早于其他servers。（`externalizing`指的即是实际提交事务并使事务的修改对client可见；`applying`指的是server应用来自其他server的事务修改）。

例如，在mulit-primary模式下，一个本地事务可能在certification之后立马就被externalized，即使一个来自remote server的transaction在global order中顺序更靠前并且尚未被applied。当certification过程中，多个transactions间不涉及冲突时，该操作是被允许的。

在single-primary模式下，在primary server上，可能小概率会发生`并发、非冲突的本地事务按照和global order agreed by group replication的顺序进行提交和externalized`。

在不接受来自客户端写入操作的secondaries节点上，事务总是按照agreed order被提交和externalized。

具体mysql group replication protocol的示意图如下所示：
<img src="https://dev.mysql.com/doc/refman/8.4/en/images/gr-replication-diagram.png"  style="width: 100%; max-width: 725px;">