从源码分析 MGR 的新主选举算法

MGR 的新主选举算法，在节点版本一致的情况下，其实也挺简单的。

首先比较权重，权重越高，选为新主的优先级越高。

如果权重一致，则会进一步比较节点的 server_uuid。server_uuid 越小，选为新主的优先级越高。

所以，在节点版本一致的情况下，会选择权重最高，server_uuid 最小的节点作为新的主节点。

节点的权重由 group_replication_member_weight 决定，该参数是 MySQL 5.7.20 引入的，可设置 0 到 100 之间的任意整数值，默认是 50。

但如果集群节点版本不一致，实际的选举算法就没这么简单了。

下面，我们结合源码具体分析下。

代码实现逻辑

新主选举算法主要会涉及三个函数：

pick_primary_member
sort_and_get_lowest_version_member_position
sort_members_for_election

这三个函数都是在 primary_election_invocation_handler.cc 中定义的。

其中，pick_primary_member 是主函数，它会基于其它两个函数的结果选择 Primary 节点。

下面，我们从 pick_primary_member 出发，看看这三个函数的具体实现逻辑。

pick_primary_member

boolPrimary_election_handler::pick_primary_member(
std::string&primary_uuid,
std::vector*all_members_info){
DBUG_TRACE;

boolam_i_leaving=true;
#ifndefNDEBUG
intn=0;
#endif
Group_member_info*the_primary=nullptr;

std::vector::iteratorit;
std::vector::iteratorlowest_version_end;

//基于 member_version 选择候选节点。
lowest_version_end=
sort_and_get_lowest_version_member_position(all_members_info);

//基于节点权重和 server_uuid 对候选节点进行排序。
sort_members_for_election(all_members_info,lowest_version_end);


//遍历所有节点，判断 Primary 节点是否已定义。
for(it=all_members_info->begin();it!=all_members_info->end();it++){
#ifndefNDEBUG
assert(n<=1);
#endif

Group_member_info*member=*it;
//如果当前节点是单主模式且遍历的节点中有Primary节点，则将该节点赋值给the_primary
if(local_member_info->in_primary_mode()&&the_primary==nullptr&&
member->get_role()==Group_member_info::MEMBER_ROLE_PRIMARY){
the_primary=member;
#ifndefNDEBUG
n++;
#endif
}

//检查当前节点的状态是否为 OFFLINE。
if(!member->get_uuid().compare(local_member_info->get_uuid())){
am_i_leaving=
member->get_recovery_status()==Group_member_info::MEMBER_OFFLINE;
}
}

//如果当前节点的状态不是OFFLINE且the_primary还是为空，则选择一个Primary节点
if(!am_i_leaving){
if(the_primary==nullptr){
//因为循环的结束条件是 it != lowest_version_end 且 the_primary 为空，所以基本上会将候选节点中的第一个节点作为 Primary 节点。
for(it=all_members_info->begin();
it!=lowest_version_end&&the_primary==nullptr;it++){
Group_member_info*member_info=*it;

assert(member_info);
if(member_info&&member_info->get_recovery_status()==
Group_member_info::MEMBER_ONLINE)
the_primary=member_info;
}
}
}

if(the_primary==nullptr)returntrue;

primary_uuid.assign(the_primary->get_uuid());
returnfalse;
}

这个函数里面，比较关键的地方有三个：

调用 sort_and_get_lowest_version_member_position。
这个函数会基于 member_version （节点版本）选择候选节点。
只有候选节点才有资格被选为主节点。
调用 sort_members_for_election。
这个函数会基于节点权重和 server_uuid，对候选节点进行排序。
基于排序后的候选节点选择 Primary 节点。
因为候选节点是从头开始遍历，所以基本上，只要第一个节点是 ONLINE 状态，就会把这个节点作为 Primary 节点。

sort_and_get_lowest_version_member_position

接下来我们看看 sort_and_get_lowest_version_member_position 函数的实现逻辑。

sort_and_get_lowest_version_member_position(
std::vector*all_members_info){
std::vector::iteratorit;

//按照版本对all_members_info从小到大排序
std::sort(all_members_info->begin(),all_members_info->end(),
Group_member_info::comparator_group_member_version);

// std::vector::end 会返回一个迭代器，该迭代器引用 vector （向量容器）中的末尾元素。
//注意，这个元素指向的是 vector 最后一个元素的下一个位置，不是最后一个元素。
std::vector::iteratorlowest_version_end=
all_members_info->end();

//获取排序后的第一个节点，这个节点版本最低。
it=all_members_info->begin();
Group_member_info*first_member=*it;
//获取第一个节点的major_version
//对于 MySQL 5.7，major_version 是 5；对于 MySQL 8.0，major_version 是 8
uint32lowest_major_version=
first_member->get_member_version().get_major_version();

/*toavoidreadcompatibilityissueleadershouldbepickedonlyfromlowest
versionmemberssosavepositionwherememberversiondiffers.
From8.0.17patchversionwillbeconsideredduringversioncomparison.

setlowest_version_endwhenmajorversionchanges

eg:foralist:5.7.18,5.7.18,5.7.19,5.7.20,5.7.21,8.0.2
thememberstobeconsideredforelectionwillbe:
5.7.18,5.7.18,5.7.19,5.7.20,5.7.21
andserver_uuidbasedalgorithmwillbeusedtoelectprimary

eg:foralist:5.7.20,5.7.21,8.0.2,8.0.2
thememberstobeconsideredforelectionwillbe:
5.7.20,5.7.21
andmemberweightbasedalgorithmwillbeusedtoelectprimary

eg:foralist:8.0.17,8.0.18,8.0.19
thememberstobeconsideredforelectionwillbe:
8.0.17

eg:foralist:8.0.13,8.0.17,8.0.18
thememberstobeconsideredforelectionwillbe:
8.0.13,8.0.17,8.0.18
andmemberweightbasedalgorithmwillbeusedtoelectprimary
*/


//遍历剩下的节点，注意it是从all_members_info->begin()+1开始的
for(it=all_members_info->begin()+1;it!=all_members_info->end();
it++){
//如果第一个节点的版本号大于 MySQL 8.0.17，且节点的版本号不等于第一个节点的版本号，则将该节点赋值给 lowest_version_end，并退出循环。
if(first_member->get_member_version()>=
PRIMARY_ELECTION_PATCH_CONSIDERATION&&
(first_member->get_member_version()!=(*it)->get_member_version())){
lowest_version_end=it;
break;
}
//如果节点的 major_version 不等于第一个节点的 major_version，则将该节点赋值给 lowest_version_end，并退出循环。
if(lowest_major_version!=
(*it)->get_member_version().get_major_version()){
lowest_version_end=it;
break;
}
}
returnlowest_version_end;
}

函数中的 PRIMARY_ELECTION_PATCH_CONSIDERATION 是 0x080017，即 MySQL 8.0.17。

在 MySQL 8.0.17 中，Group Replication 引入了兼容性策略。引入兼容性策略的初衷是为了避免集群中出现节点不兼容的情况。

该函数首先会对 all_members_info 按照版本从小到大排序。

接着会基于第一个节点的版本（最小版本）确定 lowest_version_end。

MGR 用 lowest_version_end 标记最低版本的结束点。只有 lowest_version_end 之前的节点才是候选节点。

lowest_version_end 的取值逻辑如下：

如果最小版本大于等于 MySQL 8.0.17，则会将最小版本之后的第一个节点设置为 lowest_version_end。
如果集群中既有 5.7，又有 8.0，则会将 8.0 的第一个节点设置为 lowest_version_end。
如果最小版本小于 MySQL 8.0.17，且只有一个大版本（major_version），则会取 all_members_info->end()。此时，所有节点都是候选节点。

为了方便大家理解代码的逻辑，函数注释部分还列举了四个案例，每个案例对应一个典型场景。后面我们会具体分析下。

sort_members_for_election

最后，我们看看 sort_members_for_election 函数的实现逻辑。

voidsort_members_for_election(
std::vector*all_members_info,
std::vector::iteratorlowest_version_end){
Group_member_info*first_member=*(all_members_info->begin());
//获取第一个节点的版本，这个节点版本最低。
Member_versionlowest_version=first_member->get_member_version();

//如果最小版本大于等于 MySQL 5.7.20，则根据节点的权重来排序。权重越高，在 vector 中的位置越靠前。
//注意，这里只会对[all_members_info->begin(), lowest_version_end)这个区间内的元素进行排序，不包括 lowest_version_end。
if(lowest_version>=PRIMARY_ELECTION_MEMBER_WEIGHT_VERSION)
std::sort(all_members_info->begin(),lowest_version_end,
Group_member_info::comparator_group_member_weight);
else
//如果最小版本小于 MySQL 5.7.20，则根据节点的 server_uuid 来排序。server_uuid 越小，在 vector 中的位置越靠前。
std::sort(all_members_info->begin(),lowest_version_end,
Group_member_info::comparator_group_member_uuid);
}

函数中的 PRIMARY_ELECTION_MEMBER_WEIGHT_VERSION 是 0x050720，即 MySQL 5.7.20。

如果最小节点的版本大于等于 MySQL 5.7.20，则会基于权重来排序。权重越高，在 all_members_info 中的位置越靠前。

如果最小节点的版本小于 MySQL 5.7.20，则会基于节点的 server_uuid 来排序。server_uuid 越小，在 all_members_info 中的位置越靠前。

注意，std::sort 中的结束位置是 lowest_version_end，所以 lowest_version_end 这个节点不会参与排序。

comparator_group_member_weight

在基于权重进行排序时，如果两个节点的权重一致，还会进一步比较这两个节点的 server_uuid。

这个逻辑是在 comparator_group_member_weight 中定义的。

权重一致，节点的 server_uuid 越小，在 all_members_info 中的位置越靠前。

boolGroup_member_info::comparator_group_member_weight(Group_member_info*m1,
Group_member_info*m2){
returnm1->has_greater_weight(m2);
}

boolGroup_member_info::has_greater_weight(Group_member_info*other){
MUTEX_LOCK(lock,&update_lock);
if(member_weight>other->get_member_weight())returntrue;
//如果权重一致，会按照节点的 server_uuid 来排序。
if(member_weight==other->get_member_weight())
returnhas_lower_uuid_internal(other);

returnfalse;
}

案例分析

基于上面代码的逻辑，接下来我们分析下 sort_and_get_lowest_version_member_position 函数注释部分列举的四个案例：

案例 1：5.7.18, 5.7.18, 5.7.19, 5.7.20, 5.7.21, 8.0.2

1. 这几个节点中，最小版本号是 5.7.18，小于 MySQL 8.0.17。所以会比较各个节点的 major_version，因为最后一个节点（8.0.2）的 major_version 和第一个节点不一致，所以会将 8.0.2 作为 lowest_version_end。此时，除了 8.0.2，其它都是候选节点。

2. 最小版本号 5.7.18 小于 MySQL 5.7.20，所以 5.7.18, 5.7.18, 5.7.19, 5.7.20, 5.7.21 这几个节点会根据 server_uuid 进行排序。注意，lowest_version_end 的节点不会参与排序。

3. 选择 server_uuid 最小的节点作为 Primary 节点。

案例 2：5.7.20, 5.7.21, 8.0.2, 8.0.2

1. 同案例 1 一样，会将 8.0.2 作为 lowest_version_end。此时，候选节点只有 5.7.20 和 5.7.21。

2. 最小版本号 5.7.20 等于 MySQL 5.7.20，所以，5.7.20, 5.7.21 这两个节点会根据节点的权重进行排序。如果权重一致，则会基于 server_uuid 进行进一步的排序。

3. 选择权重最高，server_uuid 最小的节点作为 Primary 节点。

案例 3：8.0.17, 8.0.18, 8.0.19

1. 最小版本号是 MySQL 8.0.17，等于 MySQL 8.0.17，所以会判断其它节点的版本号是否与第一个节点相同。不相同，则会将该节点的版本号赋值给 lowest_version_end。所以，会将 8.0.18 作为 lowest_version_end。此时，候选节点只有 8.0.17。

2. 选择 8.0.17 这个节点作为 Primary 节点。

案例 4：8.0.13, 8.0.17, 8.0.18

1. 最小版本号是 MySQL 8.0.13，小于 MySQL 8.0.17，而且各个节点的 major_version 一致，所以最后返回的 lowest_version_end 实际上是 all_members_info->end()。此时，这三个节点都是候选节点。

2. MySQL 8.0.13 大于 MySQL 5.7.20，所以这三个节点会根据权重进行排序。如果权重一致，则会基于 server_uuid 进行进一步的排序。

3. 选择权重最高，server_uuid 最小的节点作为 Primary 节点。

手动选主

从 MySQL 8.0.13 开始，我们可以通过以下两个函数手动选择新的主节点：

group_replication_set_as_primary(server_uuid) ：切换单主模式下的 Primary 节点。
group_replication_switch_to_single_primary_mode([server_uuid]) ：将多主模式切换为单主模式。可通过 server_uuid 指定单主模式下的 Primary 节点。

在使用这两个参数时，注意，指定的 server_uuid 必须属于候选节点。

另外，这两个函数是 MySQL 8.0.13 引入的，所以，如果集群中存在 MySQL 8.0.13 之前的节点，执行时会报错。

mysql>selectgroup_replication_set_as_primary('5470a304-3bfa-11ed-8bee-83f233272a5d');
ERROR3910(HY000):Thefunction'group_replication_set_as_primary'failed.Thegrouphasamemberwithaversionthatdoesnotsupportgroupcoordinatedoperations.

总结

结合代码和上面四个案例的分析，最后我们总结下 MGR 的新主选举算法：

1. 如果集群中存在 MySQL 5.7 的节点，则会将 MySQL 5.7 的节点作为候选节点。

2. 如果集群节点的版本都是 MySQL 8.0，这里需要区分两种情况：

如果最小版本小于 MySQL 8.0.17，则所有的节点都可作为候选节点。
如果最小版本大于等于 MySQL 8.0.17，则只有最小版本的节点会作为候选节点。

3. 在候选节点的基础上，会进一步根据候选节点的权重和 server_uuid 选择 Primary 节点。具体来说，

如果候选节点中存在 MySQL 5.7.20 之前版本的节点，则会选择 server_uuid 最小的节点作为 Primary 节点。
如果候选节点都大于等于 MySQL 5.7.20，则会选择权重最高，server_uuid 最小的节点作为 Primary 节点。

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