MySQL如何优雅的执行DDL

一、前言

关于MySQL DDL表结构变更，各个工单平台基本上都支持了pt-osc及Online DDL的方式，但是，我相信仍然有一大部分人，不太了解这两种方式各自的优缺点是啥，以至于实际当中，会稀里糊涂的随机选一种去执行，选对了固然好，选错了，自然免不了领导的一顿K，这......当然是开玩笑的哈。



在各搜索平台上，介绍关于pt-osc及Online DDL工作原理的文章，不计其数，但是，对于非专业选手而已，又有几个人是完全吃透的呢？所以，在这，不打算对其原理再重复一遍，仅从他们的执行机制角度出发，介绍各种DDL在选择不同方式时所产生的影响，并基于此来分析该如何选择。



另，现在普遍使用的版本为5.7，所以，咱就以 MySQL 5.7.24 版本为例。



二、pt-osc及Online DDL执行机制

2.1 Online DDL

•机制：MySQL通过Innodb引擎在内部执行一系列的操作进行表变更，当然，同一个表，不同的DDL，会有不同效果，甚至会出现一天上一个地下的差异，所以不同DDL，后面再对其进行具体分析；如果有从库，则在主库执行完成后，从库再操作一遍，动作和主库一模一样（执行时间也很接近）。

•优点：这个咱后面在讲具体SQL时再进行具体分析。

•缺点：

◦某些场景下，会锁表引发堵塞增删改操作，这个是需要重点注意的，具体场景后面会标红说明。

◦如果有从库，这有一个很致命的弱点：复制延迟。因为主库执行的动作，会在从库再来一遍，如果这个动作是非常耗时的，那在从库执行（重放主库的动作）的时间点开始，其后续所有动作都被堵塞住，直到从库也执行完这个DDL后，才会继续按顺序执行其他SQL。这就就意味着，从从库执行开始，从库复制就出现了延迟，延迟的时间会慢慢变大，直到DDL执行完后，延迟才会慢慢变小。

◦存在数据copy的情况时，需要额外的磁盘空间，但有可能同样的SQL，空间需求会比使用pt-osc低。

◦特殊情况：云侧MySQL RDS，本身有一个隐藏从库用于高可用，因为这个隐藏从库不对外提供服务，所以基本上业务侧也不需要去关注他。但极端情况，如果大表DDL操作使用Online DDL模式时，在隐藏从库正在执行DDL期间，主库挂了，那常理就需要切换到隐藏从库，才能继续提供服务，但为了保证数据的一致性，隐藏从库必须要等DDL执行完，再回放DDL之后的binlog，然后，才能将其提升为主库，对外提供服务，所以这个恢复时间有可能很长。总得来讲，这个情况对业务而言也是致命的，只不过概率极低。



2.2 pt-osc

•机制：创建一个新临时表，并在老表上创建3个触发器，再进行新老表的数据同步，直至新老表数据一致后，再进行表名互换，达到表变更的目的。不同的DDL，只要pt-osc支持，他的操作方式都是一样的，这点与Online DDL完全不同。

•优点：

◦可以设置相应的参数，根据主、从库负载（比如复制延迟）的情况，动态调整数据拷贝速度，整个表结构变更过程相对比较温和。

◦不会引发从库复制延迟超级大的情况；

◦执行完后，新表会将老表占用的碎片空间完全释放掉。

•缺点：

◦需要将老表的所有数据都拷贝到新表上，这就意味着拷贝期间，磁盘IO可能较高。

◦要拷贝全量数据，所以执行时间也会很长。

◦新临时表存放数据也需要空间（最大空间需求可能和原表一样），拷贝数据时还会产生大量binlog，所以对于本来空间就紧张的实例而言，这方式真的是雪上加霜。



2.3 加锁

加锁情况，想必是大家使用时关心较多的一个问题，但是，我想说，MySQL 5.7加锁情况会比你想象中的要好。Online DDL及pt-osc，大部分情况下，只会在执行前后加表元数据锁，其在获取到表元数据锁并上锁后，在极短时间内做完后续相关动作，紧接着就会将锁释放掉。Online DDL除特殊操作外（后面会说明），大部分情况下，不会对现有业务造成堵塞影响。在业务足够繁忙时，反而有可能会出现表结构变更操作获取不到表元数据锁（锁等待超时），从而导致执行失败的情况。



三、各种DDL操作

在具体分析后面各种DDL之前，咱统一假设要操作的表足够大，要不然表太小的话，不管什么方式都是瞬间完成，就没有对比的意义了。另，编写的DDL语句，如果想用Online DDL方式，咱也不需要刻意去指定 ALGORITHM 及 LOCK 选项，就让MySQL自动判断后默认选择就好。



下面，咱就从MySQL官方文档Online DDL对各种操作的支持角度去分析两种方式的差异情况。当然，如果你的DDL语句同时含有好几种不同的操作，那就以最坏的那种情形做参考即可。



3.1 索引操作

图一：Online DDL 索引操作





3.1.1 创建普通二级索引

Online DDL：从图一，我们可以看出，这会选择In Place的方式执行，整个过程，只会涉及到拷贝二级索引列相关的数据用于创建索引，所以需要拷贝的数据，相对于pt-osc而已，肯定会少很多，反过来说，执行需要的时间也相对会少。如果没从库，不存在复制延迟的问题，那选择Online DDL显然会比pt-osc更优；但如果有从库，那复制延迟的问题，自然是需要考虑的，而且大表复制延迟的时间，当然也会较长，如果接受不了延迟，那直接选pt-osc就好。



pt-osc：复制整个表的数据用于建新表，优势是有从库时，几乎不存在复制延迟的问题；劣势也很明显，因为拷贝整个表的数据，所以时间长，同时磁盘IO也会变高。



3.1.2 删除索引、索引重命名

Online DDL：从图一可以看到Only Modifies Metadata对应的是YES，也就意味着仅修改元数据，速度非常快，几乎瞬间完成，必选Online DDL。



pt-osc：直接无视



3.1.3 变更索引类型、全文索引、空间索引

咱现在使用的索引类型基本上都是BTREE，几乎很少用到HASH，同时也很少见到有用全文索引及空间索引的，所以，这几种咱就不讨论了。



3.2 唯一索引及主键操作

图二：Online DDL主键操作





因为pt-osc拷贝数据的过程，会依赖于唯一键（主键或者唯一索引）来校验数据的一致性，对唯一键进行相关的操作可能会引发各种各样的问题，所以不管pt-osc实际支持或不支持这类操作，咱都直接默认为不支持就好。也就是涉及主键及唯一索引相关的操作，都直接选Online DDL。但是，需要注意的是，单独删除主键的操作，会引发锁表，导致不允许对表进行其他增删改的操作，也就是增删改会被堵塞住，这操作需要慎重考虑。而同一个DDL里面，删除老主键的同时又加上新主键，是不会引起堵塞的。



3.3 列操作

图三：Online DDL列操作





3.3.1 添加列、删除列、重排列顺序、变更列类型、修改列为空或非空

Online DDL：从图三可以看出，这6种DDL操作，在选择Online方式时，都会重建表，效果上与pt-osc并无太大差别，还得担忧从库复制延迟的问题，那既然如此，直接选择pt-osc的方式更省事。



Online DDL以下这几种情况会锁表，堵塞其他增删改操作，需要注意：

1）增加一个自增列。

2）单纯修改列类型。

3）修改列名，同时修改了列类型（该情形应该算修改列类型的一个特殊例子）（只支持 Online DDL）。



pt-osc：首选。需要注意的是，因为pt-osc不支持修改列名，所以上述的第三点，只能选择Online DDL的方式执行，但是选择Online DDL，又会出现锁表导致堵塞其他增删改的操作，所以慎重。



3.3.2 VARCHAR列增加列大小

Online DDL：MySQL底层在存储变长列VARCHAR列的内容时，还会额外记录内容占用字节数的大小，记录这个大小，也是需要空间的。另外，还有个东西咱需要了解下，VARCHAR列存储一个字符，使用utf8字符集时，最大需要3字节（比如存储一个中文字符），而utf8mb4最大需要4字节（比如存储一个表情符）。知道了使用什么字符集，咱就可以计算出存储一个VARCHAR变长列最大需要多少字节了。



列存储最大需要字节数 = VARCHAR列定义的长度 * 不同字符集存储单个字符需要最大字节数



而记录列占用字节数大小，所需的空间，会根据 列存储最大需要字节数 细分出两种情况：

1）列存储最大需要字节数为0-255时，记录列占用字节数大小需要1字节。

2）列存储最大需要字节数为256-65535时，记录列占用字节数大小需要2字节。

3）因表数据行，非大对象的列，总的存储内容长度限制就是65535，所以，单列VARCHAR存储需求自然也不能超过这个限制，也就是不存在超过65535的情况。



回归正题，VARCHAR列增加大小：

1）如果列长度增加后，记录列占用字节数大小所需字节数不变，也就是列存储最大需要字节数依然在同一个范围内：0-255或256-65535，那这类操作，ALGORITHM支持使用 In Place算法，只会修改表的元数据信息，瞬间完成，此情形，直接选Online DDL即可。

2）如果列长度增加后，记录列占用字节数大小所需字节数变了，从1字节变成2字节，ALGORITHM 则只支持COPY算法，这就意味着会出现数据拷贝的情况，同时会堵塞其他增删改的操作，这情形选pt-osc。



例子：

# 建表
create table t1(name varchar(10) null) charset=utf8mb4;

# 列存储最大需要字节数计算：长度 10，utf8mb4字符集存储单字符最大需要字节数 4
# 列存储最大需要字节数 = 10 * 4 = 40
# 记录列占用字节数大小所需空间为1字节


# 表结构变更一
alter table t1 modify name varchar(63) null;

# 列存储最大需要字节数计算：长度 63，utf8mb4字符集存储单字符最大需要字节数 4
# 列存储最大需要字节数 = 63 * 4 = 252
# 记录列占用字节数大小所需空间依然为1字节，ALGORITHM默认选用In Place，Online DDL执行瞬间完成


# 表结构变更二
alter table t1 modify name varchar(64) null;

# 列存储最大需要字节数计算：长度 64，utf8mb4字符集存储单字符最大需要字节数 4
# 列存储最大需要字节数 = 64 * 4 = 256
# 记录列占用字节数大小所需空间变为2字节，ALGORITHM只能使用COPY，引发数据拷贝，堵塞其他增删改操作，选择pt-osc



pt-osc：根据上述信息选合适的。



3.3.3 修改列名（只改列名）、设置/删除默认值、修改ENUM/SET列定义

Online DDL：从图三可以看出，这类操作会只修改表元数据信息，速度极快，直接选Online DDL方式即可



pt-osc：直接无视



3.3.4 修改自增列的自增值

Online DDL：在MySQL 8.0版本前，自增值不存在持久化的概念，修改这个值，只会在内存中修改，更不涉及数据的拷贝及变动，所以直接使用Online DDL方式即可。



pt-osc：直接无视



3.4 Generated列操作

图四：Online DDL 虚拟列操作





3.4.1 新增/删除Generated虚拟列

Online DDL：虚拟列不涉及数据存储的问题，所以新增和删除都只会涉及到表元数据的变更，几乎瞬间完成，直接选用Online DDL方式执行即可。



pt-osc：直接无视



3.4.2 新增/修改/删除Generated存储列、修改Generated虚拟列顺序

Online DDL：这几种操作，在选择Online DDL时，都会涉及到表重建的问题，大表执行时间不会短，另外，新增/修改Generated存储列 以及 修改Generated虚拟列顺序，都会锁表，引发堵塞其他增删改操作，所以，建议选pt-osc。



pt-osc：首选



3.5 外键操作

图五：Online DDL外键操作





如果表存在外键依赖，后期对父表进行各种DDL操作时，数据库会有较大的风险，严重的甚至会锁表，所以不建议用外键。



3.6 表操作

图六：Online DDL表操作





3.6.1 修改表名

Online DDL：从图六看出，Online DDL修改表名，只会涉及到修改表的元数据信息，瞬间完成。



pt-osc：不支持



3.6.2 表碎片整理、更改行格式、修改字符集、收集统计信息

Online DDL：咱对表的操作，常用到的，可能就是表碎片整理、更改行格式（比如改成压缩模式），修改字符集（含内容转换）以及收集统计信息，这些操作，从图六也看到了，基本都是需要重建表，建议首选pt-osc。



pt-osc：首选



3.6.3 其他相关的表操作

其他操作平常基本很少用到，暂时不讨论。



3.7 表空间操作

图七：Online DDL表空间操作





在实际使用中，几乎见不到，咱就不讨论了。



3.8 表分区操作

图八：Online DDL表分区操作





表分区相关的操作较多，咱就挑比较常用的进行分析，其他操作不做赘述。



3.8.1 普通表转分区表

Online DDL：他的本质是新建一个临时表，每个分区对应一个数据文件，然后进行拷贝，拷贝完毕后，表名互换，删除老表。眼熟不？从某种程度上讲，这个过程与pt-osc是相似的，但是，Online DDL方式会锁表，堵塞其他增删改操作，所以，直接选择pt-osc方式即可。



pt-osc：必选



3.8.2 新增分区、删除分区、TRUNCATE分区

Online DDL：

新增分区，只分析常用的RANGE及LIST分区。RANGE分区新增分区，有个严格的限制，新分区less than的值必须是递增的，换句话讲就是不存在数据拷贝的问题。LIST分区，这个更直接，相关内容如果在LIST分区中不存在，直接不允许插入，新增分区也不存在数据拷贝的问题。所以，这两种选用Online DDL时，操作几乎都是瞬时完成的，直接使用Online DDL即可。



删除分区时，会对当前分区上锁，堵塞该分区的其他增删改操作，但既然你都打算删除分区了，想必自然也不会再对该分区有其他操作。 其对应系统底层的操作，类似于直接将分区对应的物理文件进行删除，操作时，如果文件足够大，系统IO会瞬间暴涨，继而影响业务，所以建议在业务低峰期间进行。



TRUNCATE分区操作，对应系统底层的操作，类似于直接将分区对应的物理文件进行清空，操作时，如果文件足够大，系统IO会瞬间暴涨，继而影响业务，所以建议在业务低峰期间进行。



pt-osc：直接无视



四、结束语

从上面的介绍可以看出，DDL相关的操作较多，想要完全记住各种操作选那种方式最合适，想必也是件费神的事情。如果上面信息对你有用，点赞收藏起来，用到时再慢慢参考即可。

审核编辑 黄宇