Replicacao de Banco de Dados - Alcancando Disponibilidade e Escalabilidade

O que e Replicacao

Replicacao (Replication) e um mecanismo que copia e sincroniza dados do banco de dados em multiplos servidores. E utilizada para melhorar a disponibilidade, aumentar a performance de leitura e protecao contra desastres.

Por que e necessario: Um unico servidor de banco de dados se torna um ponto unico de falha (SPOF). Com replicacao, o servico pode continuar em caso de falhas e as consultas de leitura podem ser distribuidas.

Configuracao Basica de Replicacao

Master-Slave (Primario-Replica)

flowchart TB
    M["Master (Primary)<br/>← Escrita"]
    M -->|Replicacao| S1["Slave 1 (Replica)<br/>← Leitura"]
    M -->|Replicacao| S2["Slave 2 (Replica)<br/>← Leitura"]
    M -->|Replicacao| S3["Slave 3 (Replica)<br/>← Leitura"]

• Master (Primary): Servidor principal que recebe as escritas
• Slave (Replica): Copia os dados do master e e responsavel pelas leituras

Multi-Master

flowchart LR
    M1["Master 1"] <-->|Replicacao| M2["Master 2"]
    M1 --> RW1["Leitura/Escrita"]
    M2 --> RW2["Leitura/Escrita"]

Multiplos masters aceitam escritas. A resolucao de conflitos se torna um desafio.

Replicacao Sincrona vs Assincrona

Replicacao Sincrona

sequenceDiagram
    participant C as Cliente
    participant M as Master
    participant S as Slave
    C->>M: Escrita
    M->>S: Replicacao
    S->>M: ACK
    M->>C: Resposta

Replicacao Assincrona

sequenceDiagram
    participant C as Cliente
    participant M as Master
    participant S as Slave
    C->>M: Escrita
    M->>C: Resposta
    M-->>S: Replicacao (aplicada depois)

Replicacao Semi-sincrona

Confirma o commit quando pelo menos um slave recebe os dados.

sequenceDiagram
    participant C as Cliente
    participant M as Master
    participant S1 as Slave 1
    participant S2 as Slave 2
    C->>M: Escrita
    M->>S1: Replicacao
    S1->>M: ACK
    M->>C: Resposta
    M-->>S2: Replicacao (aplicada depois)

Metodos de Replicacao

Baseado em Instrucoes

Replica as proprias instrucoes SQL.

-- Executado no master
INSERT INTO users (name, created_at) VALUES ('Alice', NOW());

-- O mesmo SQL e executado no slave
-- Problema: O resultado de NOW() pode ser diferente

Baseado em Linhas

Replica os proprios dados das linhas alteradas.

flowchart LR
    Before["{id: 1, name: 'Alice'}"] --> Change["Alteracao"] --> After["{id: 1, name: 'Bob'}"]
    After --> Apply["Esta diferenca e aplicada no slave"]

Modo Misto

Normalmente usa baseado em instrucoes, mas usa baseado em linhas quando inclui funcoes nao deterministicas.

Lag de Replicacao

E o atraso ate que o slave alcance o master.

flowchart LR
    subgraph Master["Master"]
        MT["Transacao 1, 2, 3, 4, 5 ✓"]
    end
    subgraph Slave["Slave (Lag: 2 transacoes)"]
        ST["Transacao 1, 2, 3 ✓"]
    end
    Master -.-> Slave

Casos em que o Lag se Torna Problema

// Leitura imediatamente apos a escrita
await db.master.query('UPDATE users SET name = ? WHERE id = ?', ['Bob', 1]);

// Leitura do slave → Pode retornar dados antigos
const user = await db.slave.query('SELECT * FROM users WHERE id = ?', [1]);
// user.name ainda pode ser 'Alice'!

Contramedidas

• Read Your Writes: Ler do master imediatamente apos a escrita
• Causal Consistency: Rastrear o timestamp da escrita
• Replicacao Sincrona: Apenas para dados criticos

Failover

Quando ocorre falha no master, promove um slave para master.

Failover Automatico

flowchart TB
    A["1. Deteccao de falha no master<br/>Sistema de monitoramento detecta ausencia de resposta do master"]
    B["2. Selecao do slave<br/>Seleciona o slave com replicacao mais avancada"]
    C["3. Processo de promocao<br/>Promove o slave selecionado para master"]
    D["4. Troca<br/>Altera a conexao da aplicacao para o novo master"]
    A --> B --> C --> D

Pontos de Atencao no Failover

Implementacoes Representativas

MySQL

-- Configuracao do master
CHANGE MASTER TO
  MASTER_HOST='master.example.com',
  MASTER_USER='repl_user',
  MASTER_PASSWORD='password',
  MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001',
  MASTER_LOG_POS=4;

START SLAVE;

PostgreSQL

# postgresql.conf (master)
wal_level = replica
max_wal_senders = 3

# recovery.conf (slave)
standby_mode = 'on'
primary_conninfo = 'host=master.example.com port=5432'

Servicos Gerenciados

Padrao de Escalabilidade de Leitura

flowchart LR
    App["App"]
    App --> M["Master<br/>(Escrita)"]
    App --> LB["Load Balancer"]
    LB --> R1["Replica 1"]
    LB --> R2["Replica 2"]
    LB --> R3["Replica 3"]

    subgraph Read["Leitura"]
        R1
        R2
        R3
    end

O load balancer distribui as consultas de leitura entre as replicas.

Resumo

A replicacao de banco de dados e uma tecnologia fundamental para alcançar alta disponibilidade e escalabilidade de leitura. Ao projetar adequadamente a escolha entre sincrono/assincrono, tratamento do lag de replicacao e estrategia de failover, e possivel construir um sistema de banco de dados robusto.