MySQL DDL 引发的同步延迟该如何解决

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前言

写作案例分析，主要是工具介绍&推荐。MySQL 的同步机制比较单纯，主库上执行过的 DML 和 DDL 会在从库上再执行一次，那么主库上需要 10min 才能执行完的 DDL 理论上在从库至少也要花费 10min 才能执行完，这意味着从库的同步会延迟 10min 以上，等 DDL 执行完之后才会继续追同步。

解决方案

从 MySQL 的同步原理来看，主要是 DDL 这个单独的操作会花费太久的时间，导致从库也会被卡主。那么解决这个问题的办法就很容易想到：“拆解” DDL 的操作，把一个大操作（大事务同理）拆分成多个小操作，减少单次操作的时间。

“拆解” DDL 操作一般会用到 MySQL Online DDL 的工具，比如 pt-osc，facebook-osc，oak-online-alter-table，gh-ost 等。这些工具的思路都比较类似，创建一个源表的镜像表，先执行完表结构变更，再把源表的全量数据和增量数据都同步过去，因此可以避免单个 DDL 操作引发的同步延迟。

工具介绍

本文会介绍 gh-ost，由 Github 维护的 MySQL online DDL 工具，同样使用了镜像表的形式，但是放弃了使用低效的 trigger，而是从 binlog 中提取需要的增量数据来保持镜像表与源表的数据一致性。整个 Online DDL 操作仅在最终 rename 源表与镜像表时会阻塞几秒钟的读写。

工作原理

go-ost 的操作流程大致如下：

在 Master 中创建镜像表（_tablename_gho）和心跳表（_tablename_ghc）。
向心跳表中写入 Online-DDL 的进度以及时间。
在镜像表上执行 ALTER 操作。
伪装成 slave 连接到 Master 的某个 Slave 实例上获取 binlog 的信息（默认连接 Slave，也可以连 Master）。
在 Master 中完成镜像表的数据同步：
- 从源表中拷贝数据到镜像表；
- 依据 Binlog 信息完成增量数据的变更;
在源表上加锁;
确认心跳表中的时间，确保数据是完全同步的；
用镜像表替换源表。
Online DDL 完成。
未来考虑会支持的功能或特性：
- 支持外键。
- gh-ost 进程意外中断以后，可以新启动一个进程继续进行 Online DDL。

_tablename_ghc 内容如下：

使用限制

binlog 格式必须使用 row，且binlog_row_image必须是 FULL。
需求的权限为SUPER, REPLICATION CLIENT, REPLICATION SLAVE on *.* and ALL on dbname.*
- 如果确认 binlog 的格式为 row，那么可以加上 -assume-rbr，则不再需要 super 权限。
- 由于不支持 REPLICATION 相关的权限，TiDB 无法使用。
不支持外键。
- 不论源表是主表还是子表，都无法使用。
不支持触发器。
不支持包含 JSON 列的主键。
迁移表需要有显示定义的主键，或者有非空的唯一索引。
迁移工具不区分大小写英文字母，如果存在同名，但是大小写不同的表则无法迁移。
迁移表的主键或者非空唯一索引包含枚举类型时，迁移效率会大幅度降低。

使用注意

如果源表有非常多的数据，尽量分批次删除。
- delete from table tablename_old limit 5000;
- 或者在业务空闲时段用truncate table tablename_old清空表数据之后再 drop 表。
单个 MySQL 实例上启动多个 gh-ost 来进行多个表的 Online DDL 操作时要制定-replica-server-id参数
务必注意可用的磁盘空间，尤其是操作大表的时候。
- gh-ost 的镜像表包含源表的所有数据，会额外占用一倍的磁盘。
- gh-ost 在操作的过程中会产生大量的 binlog，且binlog_row_image必须为 FULL，会占用比较多的磁盘空间。
rename 列的操作可能会有问题，考虑 drop 和 add 的操作结合起来。

使用示例

github 官网有安装包可以下载，参考 release note。

实际命令可以参考下面这个（已开启了 row 模式）：

gh-ost --max-load=Threads_running=50 \
            --critical-load=Threads_running=100 \
            --chunk-size=3000 --user="temp" --password="test" --host=10.10.1.10 \
            --allow-on-master --database="sbtest" --table="sbtest1" \
            --alter="engine=innodb" --cut-over=default \
            --exact-rowcount --concurrent-rowcount --default-retries=120 \
            --timestamp-old-table -assume-rbr --panic-flag-file=/tmp/ghost.panic.flag \
            --execute

部分参数说明

以上文的命令内容为准：

max-load=Threads_running=50         超过50个client在执行SQL查询时,暂停Online DDL操作
critical-load=Threads_running=100   超过100个client在执行SQL查询时,中断Online DDL操作
chunk-size=3000                     每一次同步操作处理3000行数据
allow-on-master                     允许在主库执行Online DDL相关的所有操作
alter                               Online DDL的操作,仅需要部分alter语句(方括号部分)
                                     例：alter table sbtest.sbtest1 [add column t int not NULL]
cut-over=default                     数据同步完成后自动进行镜像表与源表的切换
exact-rowcount                       精确计算行数,提供更准确的进度
timestamp-old-table                 使用时间戳来命名旧表
assume-rbr                           跳过重启slave线程与row format检查,设置后无需super权限
panic-flag-file                      创建该文件后,会强制中断Online DDL操作

除了这些参数以外，gh-ost 还提供了非常多的方式来从外部暂停或者强制中止 Online DDL 的操作，详细的信息可以使用gh-ost --help命令进行查看。

输出结果示例

# Migrating `sbtest`.`sbtest1`; Ghost table is `sbtest`.`_sbtest1_gho`
# Migrating 10.10.1.10:3306; inspecting10.10.1.10:3306; executing on localhost-debian
# Migration started at Thu Jul 30 11:30:17 +0800 2020
# chunk-size: 3000; max-lag-millis: 1500ms; dml-batch-size: 10; max-load: Threads_running=50; critical-load: Threads_running=100; nice-ratio: 0.000000
# throttle-additional-flag-file: /tmp/gh-ost.throttle
# panic-flag-file: /tmp/ghost.panic.flag
# Serving on unix socket: /tmp/gh-ost.sbtest.sbtest1.sock
Copy: 0/9863066 0.0%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 0s(total), 0s(copy); streamer: mysql-bin.000050:31635038; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: N/A
Copy: 0/9863066 0.0%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 1s(total), 1s(copy); streamer: mysql-bin.000050:31639503; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: N/A
Copy: 69000/9999998 0.7%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 2s(total), 2s(copy); streamer: mysql-bin.000050:44815698; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: 4m49s
Copy: 135000/9999998 1.4%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 3s(total), 3s(copy); streamer: mysql-bin.000050:57419220; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: 3m39s
Copy: 195000/9999998 2.0%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 4s(total), 4s(copy); streamer: mysql-bin.000050:68877374; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: 3m21s
......（省略）
Copy: 9729000/9999998 97.3%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 3m16s(total), 3m16s(copy); streamer: mysql-bin.000057:8595335; Lag: 0.04s, State: migrating; ETA: 5s
[2020/07/30 11:33:32] [info] binlogsyncer.go:723 rotate to (mysql-bin.000057, 4)
Copy: 9774000/9999998 97.7%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 3m17s(total), 3m17s(copy); streamer: mysql-bin.000057:17190073; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: 4s
[2020/07/30 11:33:32] [info] binlogsyncer.go:723 rotate to (mysql-bin.000057, 4)
Copy: 9822000/9999998 98.2%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 3m18s(total), 3m18s(copy); streamer: mysql-bin.000057:26357495; Lag: 0.04s, State: migrating; ETA: 3s
Copy: 9861000/9999998 98.6%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 3m19s(total), 3m19s(copy); streamer: mysql-bin.000057:33806865; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: 2s
Copy: 9903000/9999998 99.0%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 3m20s(total), 3m20s(copy); streamer: mysql-bin.000057:41828922; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: 1s
Copy: 9951000/9999998 99.5%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 3m21s(total), 3m21s(copy); streamer: mysql-bin.000057:50996347; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: 0s
Copy: 9999998/9999998 100.0%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 3m22s(total), 3m21s(copy); streamer: mysql-bin.000057:60354465; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: due
# Migrating `sbtest`.`sbtest1`; Ghost table is `sbtest`.`_sbtest1_gho`
# Migrating 10.10.1.10:3306; inspecting 10.10.1.10:3306; executing onlocalhost-debian
# Migration started at Thu Jul 30 11:30:17 +0800 2020
# chunk-size: 3000; max-lag-millis: 1500ms; dml-batch-size: 10; max-load: Threads_running=50; critical-load: Threads_running=100; nice-ratio: 0.000000
# throttle-additional-flag-file: /tmp/gh-ost.throttle
# panic-flag-file: /tmp/ghost.panic.flag
# Serving on unix socket: /tmp/gh-ost.sbtest.sbtest1.sock
Copy: 9999998/9999998 100.0%; Applied: 0; Backlog: 0/1000; Time: 3m23s(total), 3m21s(copy); streamer: mysql-bin.000057:60359997; Lag: 0.03s, State: migrating; ETA: due
[2020/07/30 11:33:41] [info] binlogsyncer.go:164 syncer is closing...
[2020/07/30 11:33:41] [error] binlogstreamer.go:77 close sync with err: sync is been closing...
[2020/07/30 11:33:41] [info] binlogsyncer.go:179 syncer is closed

可以看到日志内容中输出了详细的进度百分比和迁移的剩余时间，在预估维护结束的时间，查看 DDL 执行进度的时候会非常方便。

腾讯云数据库 MySQL 使用注意

腾讯云数据库 MySQL 默认的binlog_row_image为 MINIMAL，使用前需要在控制主动调整为 FULL（在线变更，即时生效）。
包括腾讯云数据库，阿里云数据库，容器中的 MySQL 等都可能会遇到端口的问题，加上--aliyun-rds参数即可。
- 报错信息类似于FATAL Unexpected database port reported。
- 相关讨论参考 issues。