mysql online ddl

    大家知道，互联网业务是典型的OLTP(online transaction process)应用，这种应用访问数据库的特点是大量的短事务高并发运行。因此任何限制高并发的动作都是不可接受的，甚至会给网站带来灾难。对于数据库而言，高并发通常与事务ACID是一对矛盾体，为了保证事务的ACID特性，必需用一定的手段来控制并发，比如基于锁的并发控制，亦或是基于MVCC的并发控制。基于MVCC的并发控制只是一定程度上解决了读不阻塞的问题，但对于DML或DDL依然通过锁机制来保证事务的隔离性。

      所有数据库操作中DDL的锁粒度是最大的，通过包括元数据锁和表对象锁。常见的DDL包括alter，create，drop等，对于create，drop而言，通常执行过程很快，因此影响比较少，而对于alter操作，尤其是对大表的alter，这个过程可能持续时间很长，由于变更过程中，表对象的DML操作会阻塞，因此一个alter操作很有可能导致前台的网站应用出现大量的数据库访问超时情况。那么怎么解呢？第一种是alter操作不上锁，从而不影响写操作，若不行退而求其次，将alter操作的时间想办法缩短，减少不可访问表的时间。

      对于mysql数据库而言，解决alter的问题也有一个过程，直到5.6才推出了online ddl功能。5.5版本通过FIC(fast index creation)，提高了alter操作中加索引和删索引的速度，5.6的online ddl则优化更多，增加了更多的“在线”操作。在介绍FIC和online ddl的原理之前，我们先来看看有哪些常见的alter操作，参见表1

alter动作	说明
Add index，drop index	增加、删除、修改二级索引
Add column，drop column	增加、删除、修改列
Add primary key，drop primary key	增加、删除、修改主键索引
Set character set utf8/gbk	修改字符集、修改存储引擎
Optimize table	重组表

                                                表1

    那么针对以上几种常见的场景，我们看到FIC和online ddl到底做了什么，它们实现的原理是怎样的，下文的分析都是基于innodb表。

对于一般的alter操作而言，它的原理基本是这样的，假设需要对A表做表结构变更，首先创建一个目的表结构的临时表B；其次是锁表，将数据从A表拷贝到B表；最后是将B表rename成A表，释放锁。

     FIC针对加索引和删索引做了优化，因为这种情景下，innodb的表存储结构没有变，只是多了或少了索引，因此没有必要进行全表拷贝，直接增加或删除索引即可，这样就减少了拷贝表的时间，同时也减少了锁表时间。对于需要该表存储结构的alter操作，FIC则无能无力。由于mysql迟迟不出现Online ddl的版本，FIC的场景不通用，并且依然会阻塞写，业务不可接受。没有办法，很多时候做表结构变更需要在业务低峰期(凌晨)，通过主备库切换的方式去做，真是苦了DBA的童鞋们。

      还好，在mysql5.6出现之前，percona公司提供了“在线”表结构变更的工具pt-online-schema-change，这个工具给dba童鞋们带来了福音。工具的核心原理是通过insert… select…语句进行一次全量拷贝，通过触发器记录表结构变更过程中产生的增量，从而达到表结构变更的目的。假设对A表进行变更，主要步骤如下：

1. 创建目的表结构的空表，A_gst;
2. 在A表上创建触发器，包括增、删、改触发器;
3. 通过insert…select…limit N 语句分片拷贝数据到目的表
4. Copy完成后，将A_gst表rename到A表

     通过这个方式后，执行alter操作时，不再阻塞读和写，而且支持的alter语句也更广泛，比如表1列出来的几种情况都可以支持，除了Optimize table以外。

Mysql online ddl的原理实质与pt-online-schema-change工具原理相同，只不过将这一过程封装在mysql内部了。虽然如此，这种方式也有一定的弊端和限制，比如需要有主键，拷贝表速度不如源生锁表拷贝表快等。

     最后，举一个例子说明alter操作在5.5和5.6对于DML的影响。从表2可以看到，5.5和5.6中，查询和更新都会阻塞alter操作；若有alter操作，5.5版本中，alter不会阻塞读，但会阻塞写；5.6版本中，alter不会阻塞读和写。

时间点	会话A(5.6)	会话A(5.5)	会话B	会话C
1	set autocommit=0; update t set c2='9999' where c1=4;	set autocommit=0; update t set c2='9999' where c1=4;
2			alter table t drop column c3;
3				Show processlist; B：Waiting for table metadata lock
4		A：提交事务 commit
5				Show processlist； B：copy to tmp table
6			B：继续执行
7	Select count(*) from t; 正常执行	Select count(*) from t; 正常执行
8	update t set c2='9999' where c1=4; 正常执行	update t set c2='9999' where c1=4;阻塞
8				Show processlist; A(5.5): Waiting for table metadata lock B: copy to tmp table
9			B执行完毕
10		A执行完毕

                                   表2