MySQL编程进阶之：表结构变更的艺术：如何进行非阻塞的在线DDL操作。

各位观众老爷们，大家好！我是今天的主讲人，今天咱聊聊MySQL里让人又爱又恨的DDL（Data Definition Language）操作，尤其是如何优雅地、不阻塞业务地进行在线DDL。

一、DDL，你这磨人的小妖精

DDL，简单来说，就是用来定义和修改数据库结构的语句，比如CREATE TABLE，ALTER TABLE，DROP TABLE等等。这些操作，在数据库的世界里，就像盖房子，动辄拆墙砌梁，对数据库的影响可不小。

传统的DDL操作，大部分情况下会锁表，导致这段时间内，应用程序无法进行读写操作。想象一下，你的电商网站正在搞大促，用户正疯狂下单，结果你突然执行了一个ALTER TABLE，把表锁住了，用户只能眼巴巴地看着屏幕，下单失败，那损失可就大了去了！

所以，我们需要找到一种办法，既能修改表结构，又能保证业务的正常运行，这就是所谓的“在线DDL”。

二、在线DDL的进化史

MySQL的在线DDL技术，也不是一开始就这么完善的，它也经历了漫长的进化过程。

• MySQL 5.1及更早：Copy Table

  这是最原始的方式，创建一个新的表，将旧表的数据复制到新表，然后删除旧表，重命名新表。这种方式的优点是简单粗暴，缺点也很明显：

  • 耗时巨大：数据复制需要大量时间，尤其是对于大表。
  • 需要双倍空间：在复制期间，需要额外的空间来存储新表。
  • 数据不一致：在复制期间，旧表上的数据变更无法同步到新表，需要额外的手段来保证数据一致性。

  这种方式，基本告别了“在线”二字，生产环境基本不敢用。

• MySQL 5.5：Inplace DDL (仅部分操作)

  MySQL 5.5引入了Inplace DDL，它允许在原始表上直接进行修改，而不需要复制数据。这大大提高了DDL的效率。但需要注意的是，MySQL 5.5的Inplace DDL只支持部分操作，例如：

  • 增加或删除索引（但不支持改变索引类型）
  • 改变VARCHAR/VARBINARY的长度
  • 添加或删除列（但不支持改变列的数据类型）

  即使是Inplace DDL，也可能会锁表，但锁的时间大大缩短了。

• MySQL 5.6：Online DDL

  MySQL 5.6对Inplace DDL进行了增强，引入了真正的Online DDL。它允许在修改表结构的同时，允许应用程序进行读写操作。它是通过以下机制实现的：

  1. 允许并发DML：在DDL执行期间，允许对表进行读写操作。
  2. ROW_LOG：将DDL执行期间的DML操作记录到row log中。
  3. DDL完成后应用ROW_LOG：DDL完成后，将row log中的操作应用到新表结构中，以保证数据一致性。

  MySQL 5.6的Online DDL支持更多的操作，例如：

  • 改变列的数据类型
  • 增加或删除索引
  • 修改表属性

  虽然是Online DDL，但仍然存在一些限制，例如：

  • 不支持重命名列
  • 不支持修改主键

• MySQL 5.7及更高版本：更强大的Online DDL

  MySQL 5.7及更高版本，对Online DDL进行了进一步的优化，支持更多的操作，例如：

  • 重命名列
  • 优化了ROW_LOG的性能
  • 引入了ALGORITHM和LOCK选项，允许更细粒度的控制DDL的行为

  总的来说，MySQL的在线DDL技术一直在不断进步，越来越强大，越来越灵活。

三、ALGORITHM和LOCK：掌控DDL的利器

MySQL 5.6及更高版本，引入了ALGORITHM和LOCK选项，允许我们更精细地控制DDL的行为。

• ALGORITHM选项

  ALGORITHM选项用于指定DDL操作的算法，它有以下几个可选值：

  • DEFAULT：由MySQL自动选择算法。通常情况下，MySQL会选择最快的算法，但可能会锁表。
  • COPY：使用Copy Table的方式进行DDL操作。
  • INPLACE：使用Inplace DDL的方式进行DDL操作。
  • INSTANT：(MySQL 8.0.12及以上) 几乎立即完成的操作，只修改元数据，不涉及数据拷贝或阻塞。 适用于添加列（允许为NULL且有默认值）。

  选择不同的ALGORITHM，会影响DDL的性能和并发性。

• LOCK选项

  LOCK选项用于指定DDL操作的锁级别，它有以下几个可选值：

  • DEFAULT：由MySQL自动选择锁级别。通常情况下，MySQL会选择最小的锁级别，以保证最大的并发性。
  • NONE：不加任何锁。如果DDL操作与并发的DML操作冲突，DDL操作会失败。
  • SHARED：允许并发的读操作，但阻塞写操作。
  • EXCLUSIVE：阻塞所有的读写操作。

  选择不同的LOCK级别，会影响DDL的并发性。

四、实战演练：在线DDL的正确姿势

理论讲了一大堆，现在让我们来点实际的，通过一些例子，来看看如何正确地使用在线DDL。

场景一：添加一个允许为NULL且有默认值的列

假设我们有一个users表，需要添加一个email列，允许为NULL，默认值为空字符串。

ALTER TABLE users
ADD COLUMN email VARCHAR(255) DEFAULT '' NULL,
ALGORITHM=INSTANT, LOCK=NONE;

这个操作几乎是瞬间完成的，因为它只修改了表的元数据，不需要复制数据或加锁。

场景二：添加一个索引

假设我们需要在users表的username列上添加一个索引。

ALTER TABLE users
ADD INDEX idx_username (username),
ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;

这个操作使用Inplace DDL，并尽量不加锁。如果DDL操作与并发的DML操作冲突，DDL操作会失败。

场景三：修改VARCHAR列的长度

假设我们需要将users表的username列的长度从50修改为100。

ALTER TABLE users
MODIFY COLUMN username VARCHAR(100),
ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;

同样，这个操作使用Inplace DDL，并尽量不加锁。

场景四：修改列的数据类型

假设我们需要将users表的age列的数据类型从INT修改为BIGINT。

ALTER TABLE users
MODIFY COLUMN age BIGINT,
ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;

这个操作也使用Inplace DDL，并尽量不加锁。但需要注意的是，修改列的数据类型可能会导致数据丢失，需要谨慎操作。

五、在线DDL的注意事项

在线DDL虽然强大，但也不是万能的，在使用时需要注意以下几点：

• 监控DDL的进度：可以使用SHOW PROCESSLIST命令来查看DDL的进度。
• 监控数据库的性能：在线DDL会消耗一定的系统资源，需要监控数据库的CPU、内存、IO等指标，以确保数据库的性能不受影响。
• 选择合适的ALGORITHM和LOCK：根据实际情况，选择合适的ALGORITHM和LOCK，以平衡DDL的性能和并发性。
• 备份数据：在执行DDL操作之前，一定要备份数据，以防止意外情况发生。
• 小步快跑：尽量避免一次性修改大量的表结构，可以将大的DDL操作分解为小的DDL操作，逐步进行。
• 仔细测试：在生产环境执行DDL操作之前，一定要在测试环境进行充分的测试。

六、工具推荐：gh-ost和pt-online-schema-change

除了MySQL自带的Online DDL，还有一些第三方工具可以帮助我们更方便地进行在线DDL操作，例如：

• gh-ost：由GitHub开源的一款在线DDL工具，它通过创建一个ghost表，将原表的数据复制到ghost表，然后将原表的DML操作同步到ghost表，最后切换ghost表和原表。gh-ost的优点是性能高、并发性好，缺点是配置复杂。
• pt-online-schema-change：是Percona Toolkit中的一款在线DDL工具，它与gh-ost的原理类似，也是通过创建一个影子表，将原表的数据复制到影子表，然后将原表的DML操作同步到影子表，最后切换影子表和原表。pt-online-schema-change的优点是配置简单，缺点是性能相对较低。

这两个工具都是非常强大的在线DDL工具，可以根据实际情况选择使用。

七、总结

在线DDL是MySQL进阶编程中非常重要的一环，掌握在线DDL技术，可以让我们更优雅地修改表结构，而不会影响业务的正常运行。希望今天的讲座能帮助大家更好地理解和使用在线DDL。

记住，DDL虽好，可不要贪杯哦！ 谨慎操作，方能保证数据的安全和稳定。 谢谢大家！