MySQL高级函数之：`GTID_SUBTRACT()`：其在`GTID`集合操作中的应用。

MySQL 高级函数之 GTID_SUBTRACT()：GTID 集合操作深度剖析

大家好，今天我们来深入探讨 MySQL 中一个重要的 GTID 相关函数：GTID_SUBTRACT()。这个函数在处理 GTID 集合时扮演着关键角色，尤其是在主备切换、数据恢复、以及复杂拓扑结构的复制管理中。我们将从 GTID 的基础概念出发，逐步剖析 GTID_SUBTRACT() 的语法、功能、应用场景，并结合实际代码示例进行演示，帮助大家理解和掌握这个函数。

1. GTID 基础回顾

在深入 GTID_SUBTRACT() 之前，我们先来回顾一下 GTID 的基本概念。GTID (Global Transaction IDentifier) 是 MySQL 5.6.10 引入的一种全局事务标识符。它为每个在源服务器上提交的事务分配一个唯一的 ID，用于跟踪和管理事务在复制拓扑中的传播。

1.1 GTID 的格式

一个 GTID 由两部分组成：

• source_id: 生成事务的服务器的 UUID。
• transaction_id: 在特定服务器上生成的事务的序列号。

GTID 的完整格式如下：

source_id:transaction_id

例如：

3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1234

1.2 GTID 集合

GTID 集合是由一个或多个 GTID 组成的集合，用于表示服务器已经执行或将要执行的事务。 GTID 集合可以用多种方式表示，包括：

• 单个 GTID: 例如 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1234
• GTID 范围: 例如 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100 表示该服务器上的事务 1 到 100。
• 多个 GTID 或 GTID 范围的组合: 例如 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100,4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:200

1.3 GTID 的作用

GTID 解决了传统基于 binlog 文件和位置的复制方式的许多问题，例如：

• 自动故障转移: 从服务器可以自动找到正确的复制位置，无需手动指定。
• 避免事务重复执行: 确保事务只执行一次，即使在复杂的复制拓扑中。
• 简化复制管理: 使得复制拓扑的管理更加简单和可靠。

2. GTID_SUBTRACT() 函数详解

GTID_SUBTRACT() 函数用于从一个 GTID 集合中减去另一个 GTID 集合，得到一个新的 GTID 集合，其中包含第一个集合中存在但不在第二个集合中的 GTID。

2.1 语法

GTID_SUBTRACT(gtid_set1, gtid_set2)

• gtid_set1: 要从中减去的 GTID 集合。
• gtid_set2: 要减去的 GTID 集合。

2.2 功能

GTID_SUBTRACT() 函数返回一个新的 GTID 集合，该集合包含 gtid_set1 中所有不在 gtid_set2 中的 GTID。 简单来说，就是求两个 GTID 集合的差集。

2.3 返回值

• 如果 gtid_set1 或 gtid_set2 为 NULL，则返回 NULL。
• 如果 gtid_set2 包含 gtid_set1 中的所有 GTID，则返回一个空字符串 ''。
• 否则，返回一个新的 GTID 集合，包含 gtid_set1 中所有不在 gtid_set2 中的 GTID。

2.4 示例

SELECT GTID_SUBTRACT('3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-10', '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-5');
-- 返回: '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:6-10'

SELECT GTID_SUBTRACT('3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-10', '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-10');
-- 返回: '' (空字符串)

SELECT GTID_SUBTRACT('3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-10', '4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-5');
-- 返回: '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-10'

SELECT GTID_SUBTRACT('3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-10,4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-5', '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-5');
-- 返回: '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:6-10,4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-5'

SELECT GTID_SUBTRACT('3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-10', NULL);
-- 返回: NULL

3. GTID_SUBTRACT() 的应用场景

GTID_SUBTRACT() 函数在很多场景下都非常有用，尤其是在处理 GTID 集合时。 以下是一些常见的应用场景：

3.1 确定需要跳过的事务

在某些情况下，我们可能需要跳过某些事务。例如，在主备切换后，新的主服务器可能已经执行了一些事务，而旧的主服务器还没有。这时，我们需要确保旧的主服务器不会重复执行这些事务。

假设我们有两台服务器：server1 和 server2。 server1 是旧的主服务器， server2 是新的主服务器。在主备切换后， server2 上已经执行了一些事务，其 gtid_executed 变量的值为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100。 而 server1 上的 gtid_executed 变量的值为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-80。

为了确保 server1 不会重复执行事务，我们需要确定 server2 上已经执行但 server1 上还没有执行的事务。 我们可以使用 GTID_SUBTRACT() 函数来实现：

SELECT GTID_SUBTRACT('3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100', '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-80');
-- 返回: '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:81-100'

这个结果表明， server2 上已经执行了事务 81 到 100，而 server1 上还没有执行。 因此，我们需要在 server1 上跳过这些事务，然后再启动复制。

3.2 确定需要复制的事务

在某些情况下，我们可能需要确定需要从一个服务器复制到另一个服务器的事务。例如，在创建一个新的从服务器时，我们需要确定主服务器上已经执行但从服务器上还没有执行的事务。

假设我们有一台主服务器 master 和一台新的从服务器 slave。 master 上的 gtid_executed 变量的值为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100,4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-50。 而 slave 上的 gtid_executed 变量的值为空字符串 ''。

为了确定需要从 master 复制到 slave 的事务，我们可以使用 GTID_SUBTRACT() 函数来实现：

SELECT GTID_SUBTRACT('3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100,4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-50', '');
-- 返回: '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100,4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-50'

这个结果表明， master 上已经执行了所有事务，而 slave 上还没有执行任何事务。 因此，我们需要将 master 上的所有事务复制到 slave。

3.3 在复杂复制拓扑中的应用

在复杂的复制拓扑中，例如多源复制或环形复制，GTID_SUBTRACT() 函数可以帮助我们管理 GTID 集合，确保数据的一致性。

例如，在一个多源复制环境中，一台服务器从多个主服务器复制数据。 为了避免事务冲突，我们需要确保每个主服务器上的事务只执行一次。 我们可以使用 GTID_SUBTRACT() 函数来确定需要从每个主服务器复制的事务。

假设我们有一台从服务器 slave，它从两个主服务器 master1 和 master2 复制数据。 master1 上的 gtid_executed 变量的值为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100。 master2 上的 gtid_executed 变量的值为 4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-50。 slave 上的 gtid_executed 变量的值为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-50,4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-25。

为了确定需要从 master1 复制到 slave 的事务，我们可以使用 GTID_SUBTRACT() 函数来实现：

SELECT GTID_SUBTRACT('3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100', '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-50,4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-25');
-- 返回: '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:51-100'

这个结果表明，需要从 master1 复制到 slave 的事务是 51 到 100。

为了确定需要从 master2 复制到 slave 的事务，我们可以使用 GTID_SUBTRACT() 函数来实现：

SELECT GTID_SUBTRACT('4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-50', '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-50,4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:1-25');
-- 返回: '4E22GB58-82DB-22F2-0F44-D91BB0530673:26-50'

这个结果表明，需要从 master2 复制到 slave 的事务是 26 到 50。

3.4 数据恢复

在数据恢复场景中， GTID_SUBTRACT() 可以帮助我们确定需要从备份中恢复的事务。

假设我们从一个备份中恢复数据。 在恢复数据后，我们需要确保数据库中的数据与备份之间的一致性。 我们可以使用 GTID_SUBTRACT() 函数来确定需要从备份中恢复的事务。

假设我们有一个备份，其 gtid_executed 变量的值为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100。 数据库的 gtid_executed 变量的值为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-80。

为了确定需要从备份中恢复的事务，我们可以使用 GTID_SUBTRACT() 函数来实现：

SELECT GTID_SUBTRACT('3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100', '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-80');
-- 返回: '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:81-100'

这个结果表明，需要从备份中恢复的事务是 81 到 100。

4. GTID_SUBTRACT() 的注意事项

• GTID_SUBTRACT() 函数只能用于 GTID 模式下的 MySQL 服务器。
• GTID_SUBTRACT() 函数只能处理有效的 GTID 集合。 如果 GTID 集合无效，则该函数可能会返回错误的结果。
• 在实际应用中，应该结合 gtid_executed 和 gtid_purged 等变量来使用 GTID_SUBTRACT() 函数，以确保结果的准确性。

5. 代码示例：主备切换后跳过事务

下面是一个完整的代码示例，演示了如何在主备切换后使用 GTID_SUBTRACT() 函数跳过事务。

5.1 环境准备

我们需要两台 MySQL 服务器：server1 (旧主服务器) 和 server2 (新主服务器)。 确保两台服务器都启用了 GTID。

5.2 模拟主备切换

假设我们已经完成了主备切换，server2 现在是主服务器，并且已经执行了一些新的事务。

5.3 获取 GTID 集合

在 server1 上执行以下命令，获取 gtid_executed 变量的值：

SHOW GLOBAL VARIABLES LIKE 'gtid_executed';

假设返回值为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-80。

在 server2 上执行以下命令，获取 gtid_executed 变量的值：

SHOW GLOBAL VARIABLES LIKE 'gtid_executed';

假设返回值为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100。

5.4 计算需要跳过的事务

在 server1 上执行以下命令，计算需要跳过的事务：

SELECT GTID_SUBTRACT('3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-100', '3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-80');

返回值为 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:81-100。

5.5 跳过事务

在 server1 上执行以下命令，跳过事务：

SET GLOBAL gtid_next='3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:81-100';
SET GLOBAL sql_slave_skip_counter = 20; -- 跳过 20 个事务 (100 - 80)
START SLAVE;

注意： 使用 sql_slave_skip_counter 跳过事务的方式已经过时，推荐使用 gtid_next 来设置下一个要执行的 GTID。 但在某些版本的 MySQL 中，可能需要结合使用两者。 实际操作时，请根据您的 MySQL 版本和具体情况进行调整。

5.6 启动复制

在 server1 上执行以下命令，启动复制：

START SLAVE;

现在， server1 将会跳过事务 81 到 100，并从事务 101 开始复制。

6. 实际案例分析：基于GTID的数据迁移

假设我们需要将一个数据库从旧的MySQL服务器迁移到新的服务器，同时确保数据的完整性和一致性。 我们可以利用GTID_SUBTRACT()函数来实现这个目标。

场景描述：

• 源服务器 (Source): 包含需要迁移的数据库。 gtid_executed = A:1-1000, B:1-500
• 目标服务器 (Target): 新的MySQL服务器，初始状态为空。 gtid_executed = “ (空字符串)
• 迁移方式： 使用物理备份恢复到目标服务器。

迁移步骤：

1. 备份源服务器： 在源服务器上创建一个物理备份。

2. 恢复到目标服务器： 将备份恢复到目标服务器。 此时，目标服务器的数据与源服务器在备份时刻保持一致。目标服务器的 gtid_executed 将是 A:1-1000, B:1-500。

3. 确定需要复制的GTID： 因为目标服务器是在备份时点恢复的，所以理论上不需要再从源服务器复制。但为了保证万无一失，可以验证目标服务器是否缺少来自源服务器的GTID。

   -- 在目标服务器上执行
   SELECT GTID_SUBTRACT('A:1-1000, B:1-500', 'A:1-1000, B:1-500');

   结果将是 '' (空字符串)，表明目标服务器已经包含了源服务器的所有 GTID。这意味着我们不需要进行额外的复制操作。

4. 特殊情况处理： 如果在备份恢复之后，源服务器又执行了新的事务， 假设源服务器的 gtid_executed 变为 A:1-1000, B:1-500, C:1-100， 那么上面的GTID_SUBTRACT的结果将会是 C:1-100。 此时，我们需要将目标服务器配置为源服务器的从服务器，并设置 gtid_start_auto=1， 这样目标服务器将自动复制 C:1-100 这些事务，从而保证数据一致性。

代码示例 (在目标服务器上执行):

-- 假设目标服务器是在备份恢复之后， 源服务器又执行了GTID C:1-100
-- 源服务器(Source) gtid_executed = 'A:1-1000, B:1-500, C:1-100'
-- 目标服务器(Target) gtid_executed = 'A:1-1000, B:1-500' (备份恢复后的状态)

--  计算需要复制的 GTID
SELECT GTID_SUBTRACT('A:1-1000, B:1-500, C:1-100', 'A:1-1000, B:1-500');
-- 返回 'C:1-100'

-- 配置目标服务器为源服务器的从服务器
STOP SLAVE;
RESET SLAVE ALL;
CHANGE MASTER TO
    MASTER_HOST='<源服务器IP>',
    MASTER_USER='<复制用户>',
    MASTER_PASSWORD='<复制密码>',
    MASTER_AUTO_POSITION=1; -- 启用基于GTID的复制

-- 启动复制
START SLAVE;

这个案例展示了如何使用 GTID_SUBTRACT() 函数来确保数据迁移过程中数据的一致性， 并处理了源服务器在备份后发生变化的情况。

7. 总结

GTID_SUBTRACT() 函数在 MySQL GTID 复制环境中扮演着重要的角色。 它能够帮助我们确定需要跳过的事务、需要复制的事务，以及需要从备份中恢复的事务。 通过理解和掌握 GTID_SUBTRACT() 函数，我们可以更好地管理 GTID 集合，确保数据的一致性和可靠性，尤其是在主备切换、数据恢复以及复杂复制拓扑中。

利用GTID_SUBTRACT函数，可以确定哪些事务需要被跳过，哪些需要被复制。