Follower Read

当某个 Region 出现读热点时，该 Region 的 leader 可能会成为整个系统的读瓶颈。在这种情况下，启用 Follower Read 功能可以显著降低 leader 的负载，并通过在多个 follower 之间平衡负载，提高整个系统的吞吐量。本文档将介绍 Follower Read 的使用方法和实现机制。

概述

Follower Read 功能指的是在保证强一致性读的前提下，允许使用 Region 的任意 follower 副本来处理读请求。该功能提升了 TiDB 集群的吞吐量，并降低了 leader 的负载。它包含一系列负载均衡机制，将 TiKV 的读负载从 leader 副本分担到 Region 的 follower 副本。TiKV 的 Follower Read 实现为用户提供了强一致性读。

使用方法

要启用 TiDB 的 Follower Read 功能，可以按如下方式修改 tidb_replica_read 变量的值：

set [session | global] tidb_replica_read = '<target value>';

作用域：SESSION | GLOBAL

默认值：leader

该变量用于设置期望的数据读取模式。

• 当你将 tidb_replica_read 的值设置为 leader 或空字符串时，TiDB 保持默认行为，所有读操作都发送到 leader 副本执行。

• 当你将 tidb_replica_read 的值设置为 follower 时，TiDB 会选择 Region 的某个 follower 副本来执行读操作。如果该 Region 存在 learner 副本，TiDB 也会以同等优先级考虑使用它们进行读操作。如果当前 Region 没有可用的 follower 或 learner 副本，TiDB 会从 leader 副本读取数据。

• 当 tidb_replica_read 的值设置为 leader-and-follower 时，TiDB 可以选择任意副本执行读操作。在该模式下，读请求会在 leader 和 follower 之间进行负载均衡。

• 当 tidb_replica_read 的值设置为 prefer-leader 时，TiDB 优先选择 leader 副本执行读操作。如果 leader 副本在处理读操作时明显变慢（如磁盘或网络性能抖动导致），TiDB 会选择其他可用的 follower 副本执行读操作。

• 当 tidb_replica_read 的值设置为 closest-replicas 时，TiDB 优先选择同一可用区内的副本执行读操作，该副本可以是 leader 也可以是 follower。如果同一可用区内没有副本，TiDB 会从 leader 副本读取数据。

• 当 tidb_replica_read 的值设置为 closest-adaptive 时：

  • 如果某次读请求的预估结果大于或等于 tidb_adaptive_closest_read_threshold 的值，TiDB 优先选择同一可用区内的副本进行读操作。为避免读流量在各可用区分布不均，TiDB 会动态检测所有在线 TiDB 和 TiKV 节点的可用区分布。在每个可用区内，closest-adaptive 配置生效的 TiDB 节点数量始终等于 TiDB 节点最少的可用区中的节点数，其他 TiDB 节点会自动从 leader 副本读取。例如，TiDB 节点分布在 3 个可用区（A、B、C），其中 A 和 B 各有 3 个 TiDB 节点，C 只有 2 个 TiDB 节点，则每个可用区 closest-adaptive 配置生效的 TiDB 节点数为 2，A 和 B 区域中多余的 TiDB 节点会自动选择 leader 副本进行读操作。
  • 如果某次读请求的预估结果小于 tidb_adaptive_closest_read_threshold 的值，TiDB 只能选择 leader 副本进行读操作。

• 当你将 tidb_replica_read 的值设置为 learner 时，TiDB 会从 learner 副本读取数据。如果当前 Region 没有可用的 learner 副本，TiDB 会从可用的 leader 或 follower 副本读取数据。

实现机制

在引入 Follower Read 功能之前，TiDB 遵循强 leader 原则，所有读写请求都提交给 Region 的 leader 节点处理。虽然 TiKV 可以将 Region 均匀分布在多个物理节点上，但对于每个 Region，只有 leader 能对外提供服务，其他 follower 只能持续接收 leader 的数据复制，并在发生故障时准备参与 leader 选举。

为了在不违反线性一致性或影响 TiDB 的快照隔离（Snapshot Isolation）的前提下，允许在 follower 节点读取数据，follower 节点需要使用 Raft 协议的 ReadIndex，以确保读请求能够读取到 leader 已提交的最新数据。在 TiDB 层面，Follower Read 功能只需根据负载均衡策略，将 Region 的读请求发送到 follower 副本即可。

强一致性读

当 follower 节点处理读请求时，会首先通过 Raft 协议的 ReadIndex 与 Region 的 leader 交互，获取当前 Raft group 的最新提交索引。在该提交索引被 follower 本地应用后，才开始处理读请求。

Follower 副本选择策略

由于 Follower Read 功能不会影响 TiDB 的快照隔离级别，TiDB 采用轮询（round-robin）策略选择 follower 副本。目前，对于 coprocessor 请求，Follower Read 负载均衡策略的粒度为连接级别。对于连接到某个 Region 的 TiDB 客户端，所选的 follower 是固定的，只有在失败或调度策略调整时才会切换。

而对于非 coprocessor 请求（如点查），Follower Read 负载均衡策略的粒度为事务级别。对于某个 Region 上的 TiDB 事务，所选的 follower 是固定的，只有在失败或调度策略调整时才会切换。如果一个事务同时包含点查和 coprocessor 请求，这两类请求会按照上述调度策略分别进行读调度。在这种情况下，即使 coprocessor 请求和点查针对同一个 Region，TiDB 也会将它们作为独立事件处理。