MySQL的`表结构变更`：如何利用`pt-online-schema-change`工具实现在线无锁添加或删除列？

MySQL在线表结构变更：pt-online-schema-change实战

大家好，今天我们来深入探讨MySQL在线表结构变更，特别是如何利用pt-online-schema-change工具实现无锁添加或删除列。在生产环境中，直接执行ALTER TABLE语句可能会导致长时间的锁表，影响业务运行。pt-online-schema-change通过巧妙的方式，尽可能避免锁表，从而实现安全、在线的表结构变更。

1. pt-online-schema-change 原理概述

pt-online-schema-change (简称PTOSC) 是Percona Toolkit中的一个工具，其核心思想是：

1. 创建影子表： 创建一个与原表结构相似的新表，并将需要执行的ALTER TABLE操作应用到这个新表上。
2. 数据复制： 将原表的数据复制到新表中。
3. 增量数据同步： 通过触发器 (triggers) 捕获原表上的数据变更 (INSERT, UPDATE, DELETE)，并将这些变更同步到新表。
4. 切换表名： 数据复制和同步完成后，将原表重命名，并将新表重命名为原表的名字。
5. 清理工作： 删除原表，以及相关的临时文件和触发器。

整个过程尽可能地减少对原表的锁定时间，主要锁定发生在最后的表名切换阶段，通常只需要几秒钟。

2. 环境准备

在开始之前，我们需要确保满足以下条件：

• 安装Percona Toolkit: pt-online-schema-change包含在Percona Toolkit中，需要先安装该工具包。 具体的安装方式取决于你的操作系统，可以参考Percona的官方文档：https://www.percona.com/doc/percona-toolkit/LATEST/index.html
• MySQL用户权限： 运行pt-online-schema-change的用户需要具有以下权限：
  • SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE, CREATE, DROP, ALTER, INDEX, TRIGGER on the original table.
  • CREATE, DROP, ALTER, INDEX, TRIGGER on the database.
  • SUPER privilege if --no-drop-triggers is not specified. 如果指定了--no-drop-triggers，则不需要SUPER权限，但需要手动清理触发器。
  • REPLICATION CLIENT and REPLICATION SLAVE privileges if --replication-delay is used.
• InnoDB 表： pt-online-schema-change 最好用于InnoDB表，因为InnoDB支持行级锁定，可以最大程度地减少锁定时间。
• 主键或唯一索引： 目标表必须具有主键或非空唯一索引。PTOSC需要这些索引来高效地复制和同步数据。

3. 案例演示：添加列

假设我们有一个名为users的表，结构如下：

CREATE TABLE `users` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `username` varchar(255) NOT NULL,
  `email` varchar(255) NOT NULL,
  `created_at` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `username` (`username`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

现在，我们需要添加一个phone_number列，用于存储用户的手机号码。

使用pt-online-schema-change添加列：

pt-online-schema-change --alter "ADD COLUMN phone_number VARCHAR(20) DEFAULT NULL" 
  --host=127.0.0.1 
  --port=3306 
  --user=root 
  --password=your_password 
  --database=your_database 
  --table=users 
  --execute

参数解释：

• --alter: 指定要执行的ALTER TABLE语句。 在这个例子中，我们添加一个名为phone_number的VARCHAR(20)类型的列，并设置默认值为NULL。
• --host: MySQL服务器的主机名。
• --port: MySQL服务器的端口号。
• --user: MySQL用户名。
• --password: MySQL密码。
• --database: 目标数据库的名称。
• --table: 目标表的名称。
• --execute: 实际执行变更操作。 如果不加--execute，pt-online-schema-change只会进行dry-run，即模拟执行，不会真正修改表结构。

详细步骤分析：

1. 创建影子表： pt-online-schema-change首先会创建一个名为_users_new的影子表，结构与users表相同，但包含了phone_number列。
2. 数据复制： 工具会将users表中的数据复制到_users_new表中。
3. 创建触发器： pt-online-schema-change会在users表上创建三个触发器：ptosc_users_ins, ptosc_users_upd, ptosc_users_del。 这些触发器分别用于捕获INSERT, UPDATE, DELETE操作，并将这些操作同步到_users_new表。

-- 示例触发器 (ptosc_users_ins)
CREATE TRIGGER `ptosc_users_ins` AFTER INSERT ON `users` FOR EACH ROW BEGIN
  INSERT IGNORE INTO `_users_new` (`id`, `username`, `email`, `created_at`, `phone_number`) VALUES (NEW.`id`, NEW.`username`, NEW.`email`, NEW.`created_at`, NEW.`phone_number`);
END;

4. 增量数据同步： 当users表中的数据发生变化时，触发器会将这些变化同步到_users_new表中，保证数据的一致性。
5. 切换表名： 当数据复制和同步完成后，pt-online-schema-change会执行以下操作：
   • 重命名users表为_users_old。
   • 重命名_users_new表为users。
6. 清理工作： 工具会删除_users_old表和之前创建的触发器。

4. 案例演示：删除列

假设我们现在需要删除之前添加的phone_number列。

使用pt-online-schema-change删除列：

pt-online-schema-change --alter "DROP COLUMN phone_number" 
  --host=127.0.0.1 
  --port=3306 
  --user=root 
  --password=your_password 
  --database=your_database 
  --table=users 
  --execute

这个命令与添加列的命令类似，只是--alter参数的值变为了"DROP COLUMN phone_number"。 pt-online-schema-change的执行流程与添加列类似，只是影子表不再包含phone_number列。

5. 高级选项和注意事项

• --chunk-time: 控制每次复制数据的时间。 默认值为0.5秒。 如果数据库负载较高，可以适当增加这个值，以减少对数据库的影响。
• --chunk-size: 控制每次复制的数据行数。 默认值为1000行。 也可以根据实际情况调整。
• --sleep: 在每次复制数据块之后暂停一段时间。 可以减少对数据库的影响。
• --max-load: 指定允许的MySQL服务器的最大负载。 如果服务器负载超过这个值，pt-online-schema-change会暂停执行。
• --max-lag: 指定允许的最大复制延迟。 如果复制延迟超过这个值，pt-online-schema-change会暂停执行。 这个选项通常用于主从复制环境中，以确保数据的一致性。
• --dry-run: 模拟执行，不会真正修改表结构。 可以使用这个选项来测试命令是否正确。
• --no-drop-old-table: 不删除旧表。 如果需要保留旧表，可以使用这个选项。
• --no-drop-triggers: 不删除触发器。 如果需要手动清理触发器，可以使用这个选项。 需要注意，如果使用这个选项，需要手动删除触发器，否则会影响后续的数据库操作。
• --alter-foreign-keys-method: 控制外键处理方式。 默认是auto， PTOSC会自动检测外键约束并相应地修改。 其他选项包括：rebuild_constraints, drop_swap, none。需要仔细评估，防止外键约束导致的问题。
• --set-vars: 设置MySQL变量。 例如，可以设置wait_timeout和interactive_timeout，以防止连接超时。
• 监控： 在运行pt-online-schema-change时，需要密切监控数据库的性能，例如CPU使用率、内存使用率、磁盘I/O等。
• 备份： 在执行任何表结构变更操作之前，都应该进行备份，以防止意外情况发生。
• 测试： 在生产环境执行之前，应该在测试环境中进行充分的测试。

表格总结常用参数：

参数	描述
--alter	指定要执行的ALTER TABLE语句。
--host	MySQL服务器的主机名。
--port	MySQL服务器的端口号。
--user	MySQL用户名。
--password	MySQL密码。
--database	目标数据库的名称。
--table	目标表的名称。
--execute	实际执行变更操作。
--chunk-time	控制每次复制数据的时间。
--chunk-size	控制每次复制的数据行数。
--sleep	在每次复制数据块之后暂停一段时间。
--max-load	指定允许的MySQL服务器的最大负载。
--max-lag	指定允许的最大复制延迟。
--dry-run	模拟执行，不会真正修改表结构。
--no-drop-old-table	不删除旧表。
--no-drop-triggers	不删除触发器。
--alter-foreign-keys-method	控制外键处理方式。
--set-vars	设置MySQL变量。

6. 外键约束处理

外键约束的处理是pt-online-schema-change中一个比较复杂的问题。 默认情况下，pt-online-schema-change会自动检测外键约束，并采取相应的措施。 但是，在某些情况下，可能需要手动指定外键处理方式。

--alter-foreign-keys-method参数用于控制外键处理方式。 常用的选项包括：

• auto (默认): pt-online-schema-change会自动检测外键约束，并尝试使用最佳的方法来处理它们。 通常情况下，pt-online-schema-change会尝试使用rebuild_constraints方法。
• rebuild_constraints: pt-online-schema-change会创建一个新的外键约束，指向新的表。 这种方法通常适用于外键约束比较简单的情况。
• drop_swap: pt-online-schema-change会先删除外键约束，然后在切换表名之后重新创建外键约束。 这种方法通常适用于外键约束比较复杂的情况。 但是，需要注意，在删除和重新创建外键约束的这段时间内，外键约束是不存在的，可能会导致数据不一致。
• none: pt-online-schema-change不会对外键约束做任何处理。 这种方法通常适用于不需要修改外键约束的情况。 需要注意，如果使用了这种方法，需要手动处理外键约束。

在选择外键处理方式时，需要仔细评估，防止外键约束导致的问题。 建议在测试环境中进行充分的测试，以确保外键约束能够正确处理。

7. 总结：安全在线变更的利器

pt-online-schema-change是一个强大的工具，可以帮助我们在生产环境中安全地进行表结构变更。但是，在使用pt-online-schema-change时，需要仔细评估，并进行充分的测试，以确保变更操作能够顺利进行，并且不会对数据库的性能产生负面影响。 记得仔细阅读文档，理解每个参数的含义，并根据实际情况进行调整。 监控、备份和测试是成功进行在线表结构变更的关键。