MySQL性能诊断与调优之：`MySQL`的`pt-online-schema-change`：其在`Online DDL`中的底层实现。

MySQL性能诊断与调优之：pt-online-schema-change的Online DDL底层实现

大家好，今天我们来深入探讨MySQL性能诊断与调优中一个非常重要的工具：pt-online-schema-change。它在Online DDL（在线数据定义语言）的实现上扮演着关键角色。Online DDL允许我们在不中断服务的情况下修改表结构，这对高可用性的系统至关重要。理解pt-online-schema-change的底层实现，能帮助我们更好地利用它，并避免潜在的风险。

什么是Online DDL？

在传统的MySQL DDL操作中，例如ALTER TABLE，通常会锁定整个表，阻止所有的读写操作，直到DDL操作完成。这在生产环境中是不可接受的，因为会造成长时间的服务中断。

Online DDL旨在解决这个问题。它允许在修改表结构的同时，仍然可以执行读写操作。本质上，它通过创建新表、复制数据、应用变更，并在最后切换表名来实现。

pt-online-schema-change：一个安全且强大的工具

pt-online-schema-change，简称pt-osc，是Percona Toolkit中的一个工具，专门用于执行Online DDL操作。它比MySQL原生Online DDL更灵活、更安全，并且提供了更多的控制选项。

为什么选择pt-online-schema-change？

• 灵活性： 支持多种DDL操作，包括添加索引、修改列类型、删除列等。
• 安全性： 提供了多种机制来控制DDL操作的进度和影响，例如throttle机制、数据校验等。
• 监控： 提供了详细的日志和监控信息，方便我们了解DDL操作的执行情况。
• 回滚： 支持在出现问题时回滚DDL操作，避免数据丢失。
• 支持旧版本MySQL: 在一些旧版本MySQL中，原生的Online DDL功能可能不完善或存在bug，pt-osc能提供更可靠的方案。

pt-online-schema-change的工作原理

pt-online-schema-change的核心思想是创建一个与原始表结构相似的新表，然后将数据从原始表复制到新表，并在新表上执行DDL操作。在数据复制过程中，它会捕获原始表上的变更，并将这些变更应用到新表。最后，它会切换原始表和新表的名称，完成Online DDL操作。

下面是pt-online-schema-change的主要步骤：

1. 创建新表： 创建一个与原始表结构相同的新表，但包含要进行的DDL更改。这个新表通常以_表名_new命名。
2. 创建触发器： 在原始表上创建触发器，用于捕获在数据复制过程中对原始表所做的更改（INSERT、UPDATE、DELETE）。这些触发器会将更改记录到另一个表中，通常称为chunk表。
3. 复制数据： 将原始表中的数据分批复制到新表中。pt-osc会将原始表的数据分割成多个chunk，并逐个复制这些chunk。
4. 应用变更： 将触发器记录的变更应用到新表中。这确保了新表包含原始表在数据复制期间的所有变更。
5. 交换表名： 重命名原始表和新表。原始表会被重命名为_表名_old，新表会被重命名为原始表的名称。
6. 删除旧表和触发器： 删除原始表（_表名_old）和触发器。

代码示例：创建新表

假设我们要在一个名为users的表上添加一个索引：

-- 原始表结构
CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255),
    email VARCHAR(255)
);

pt-osc会创建一个名为_users_new的新表，并在该表上添加索引：

-- 新表结构
CREATE TABLE _users_new (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255),
    email VARCHAR(255),
    INDEX idx_email (email) -- 添加索引
);

代码示例：创建触发器

pt-osc会在原始表users上创建三个触发器：pt_osc_users_ins、pt_osc_users_upd、pt_osc_users_del，分别用于捕获INSERT、UPDATE、DELETE操作。

-- INSERT 触发器
CREATE TRIGGER pt_osc_users_ins AFTER INSERT ON users
FOR EACH ROW
BEGIN
    INSERT INTO pt_osc_users.pt_osc_users_users (op, id, name, email)
    VALUES ('INSERT', NEW.id, NEW.name, NEW.email);
END;

-- UPDATE 触发器
CREATE TRIGGER pt_osc_users_upd AFTER UPDATE ON users
FOR EACH ROW
BEGIN
    INSERT INTO pt_osc_users.pt_osc_users_users (op, id, name, email)
    VALUES ('UPDATE', NEW.id, NEW.name, NEW.email);
END;

-- DELETE 触发器
CREATE TRIGGER pt_osc_users_del AFTER DELETE ON users
FOR EACH ROW
BEGIN
    INSERT INTO pt_osc_users.pt_osc_users_users (op, id, name, email)
    VALUES ('DELETE', OLD.id, OLD.name, OLD.email);
END;

这些触发器会将变更记录到一个名为pt_osc_users.pt_osc_users_users的表中，这个表用于存储变更操作和相关的数据。

代码示例：复制数据

pt-osc会将原始表的数据分割成多个chunk，并使用INSERT INTO ... SELECT ...语句将数据从原始表复制到新表。

-- 示例：复制一个chunk的数据
INSERT INTO _users_new (id, name, email)
SELECT id, name, email
FROM users
WHERE id >= 1 AND id < 1000; -- 假设chunk的大小为1000

代码示例：应用变更

pt-osc会读取pt_osc_users.pt_osc_users_users表中的变更记录，并将这些变更应用到新表。

-- 示例：应用INSERT操作
INSERT INTO _users_new (id, name, email)
SELECT id, name, email
FROM pt_osc_users.pt_osc_users_users
WHERE op = 'INSERT';

-- 示例：应用UPDATE操作
UPDATE _users_new
SET name = (SELECT name FROM pt_osc_users.pt_osc_users_users WHERE op = 'UPDATE' AND _users_new.id = pt_osc_users.pt_osc_users_users.id),
    email = (SELECT email FROM pt_osc_users.pt_osc_users_users WHERE op = 'UPDATE' AND _users_new.id = pt_osc_users.pt_osc_users_users.id)
WHERE EXISTS (SELECT 1 FROM pt_osc_users.pt_osc_users_users WHERE op = 'UPDATE' AND _users_new.id = pt_osc_users.pt_osc_users_users.id);

-- 示例：应用DELETE操作
DELETE FROM _users_new
WHERE id IN (SELECT id FROM pt_osc_users.pt_osc_users_users WHERE op = 'DELETE');

代码示例：交换表名

pt-osc会使用RENAME TABLE语句来交换原始表和新表的名称。

-- 交换表名
RENAME TABLE users TO _users_old, _users_new TO users;

pt-online-schema-change的参数和选项

pt-online-schema-change提供了大量的参数和选项，可以根据实际情况进行配置。以下是一些常用的参数：

| 参数 | 描述

• --execute：执行 DDL 语句。
• --dry-run：模拟执行 DDL 语句，不实际修改表结构。
• --alter：指定要执行的DDL语句，例如ADD INDEX idx_name (name)。
• --host、--user、--password、--database、--table：指定连接MySQL服务器的参数和要操作的表。
• --chunk-time：控制复制每个chunk数据的时间，防止对MySQL服务器造成过大的压力。
• --max-load：限制MySQL服务器的负载，防止DDL操作影响其他业务。
• --throttle：限制pt-osc的操作速度，防止对MySQL服务器造成过大的压力。
• --check-interval：指定检查MySQL服务器负载的间隔时间。
• --set-vars：设置MySQL会话变量，例如wait_timeout、innodb_lock_wait_timeout。
• --no-drop-old-table：不删除旧表（_表名_old），方便在出现问题时进行回滚。
• --no-drop-triggers：不删除触发器，方便调试。
• --alter-foreign-keys-method：指定如何处理外键约束。
• --[no-]check-replication-lag：检查复制延迟，防止在复制延迟过高时执行DDL操作。
• --sleep：每次复制完一个chunk后休眠一段时间，防止对MySQL服务器造成过大的压力。

示例：使用pt-online-schema-change添加索引

pt-online-schema-change --host=127.0.0.1 --user=root --password=your_password --database=test --table=users --alter="ADD INDEX idx_email (email)" --execute

这个命令会在test数据库的users表上添加一个名为idx_email的索引。

Online DDL的局限性和注意事项

虽然Online DDL可以减少服务中断时间，但它也存在一些局限性和注意事项：

• 性能影响： Online DDL操作会消耗大量的CPU、内存和IO资源，可能会影响其他业务的性能。
• 数据一致性： 在数据复制过程中，可能会出现数据不一致的情况。pt-osc通过触发器来解决这个问题，但仍然需要注意。
• 空间需求： Online DDL需要创建新表，因此需要足够的磁盘空间。
• 外键约束： 处理外键约束可能会比较复杂，需要仔细考虑。
• 触发器限制： MySQL对触发器的数量和大小有限制，需要注意。
• 主键要求： pt-osc通常需要表有主键才能较好地工作，如果没有主键，需要考虑添加主键或者使用 --no-check-alter 选项。
• 复制延迟： 在复制环境中，Online DDL操作可能会导致复制延迟。
• binlog格式： 建议使用ROW格式的binlog，以确保数据复制的准确性。

如何选择合适的Online DDL工具？

MySQL原生Online DDL和pt-online-schema-change各有优缺点。选择哪个工具取决于具体的需求和场景。

特性	MySQL原生Online DDL	pt-online-schema-change
灵活性	有限	强大
安全性	较低	较高
监控	较少	详细
回滚	有限	支持
适用场景	简单DDL操作	复杂DDL操作
对旧版本MySQL支持	较差	良好

通常情况下，如果需要执行复杂的DDL操作，或者对安全性有较高的要求，建议使用pt-online-schema-change。如果只是执行简单的DDL操作，并且对性能要求较高，可以考虑使用MySQL原生Online DDL。但强烈建议在生产环境中使用 pt-online-schema-change，因为它更安全，可控性更强。

最佳实践

• 在非高峰时段执行DDL操作。
• 监控MySQL服务器的负载，确保DDL操作不会影响其他业务。
• 使用throttle机制，限制DDL操作的速度。
• 定期备份数据，以防止数据丢失。
• 在测试环境中验证DDL操作，确保没有问题。
• 仔细阅读pt-online-schema-change的文档，了解每个参数的含义。
• 根据实际情况选择合适的参数和选项。
• 在外键约束复杂的场景下，仔细评估 pt-online-schema-change 的 --alter-foreign-keys-method 参数。
• 考虑到binlog格式的影响，推荐使用 ROW 格式。

总结：理解原理，合理运用，保障在线DDL的顺利进行

今天我们深入探讨了pt-online-schema-change的原理、参数和注意事项。希望这些知识能帮助大家更好地利用pt-online-schema-change，安全高效地执行Online DDL操作，提高MySQL数据库的可用性和性能。通过理解其底层实现，我们可以更好地诊断和解决在使用过程中遇到的问题，确保数据库的稳定运行。